芦苇硫酸盐浆氧脱木素和二氧化氯漂白研究

摘要

传统的含氯漂白技术正在逐渐被淘汰,氧脱木素和二氧化氯漂白是目前纸浆漂白的主要技术手段和今后的发展趋势,两种方法均具有良好的环境和社会效益。本文以芦苇硫酸盐未漂浆为原料,研究了其氧脱木素和二氧化氯漂白技术,对氧脱木素和二氧化氯漂白工艺进行了优化,并探讨了高温二氧化氯漂白工艺,研究了氧脱木素的脱木素和碳水化合物降解动力学,同时借助红外吸收光谱,探讨了芦苇硫酸盐浆各漂段漂白及返黄的机理。
　　 本研究主要内容包括：氧脱木素过程动力学包含脱木素动力学和碳水化合物降解动力学两个部分。脱木素动力学采用指数模型:-dk/dt=AeE/RT[OH-]b[Po2]cKa 脱木素反应对木素、用碱量和氧压的级数分别为6.72、0.87和0.62,反应活化能80.96kJ/mol。碳水化合物降解动力学模型由两个零级反应组成:-ra=dmn/dt={A3e-E3/RT[OH-]a3[Po2]b3,0≤t≤10{A4e-E4/RT[OH-]a4[Po2]b4,t≥10 碳水化合物降解反应在快速降解段和缓慢降解段对用碱量的级数分别为0.23和0.20,对氧压的级数分别为0.21和0.19,反应活化能快分别为32.40KJ/mol和39.63KJ/mol。芦苇硫酸盐浆单段氧脱木素工艺的最佳条件是:时间60min、温度90-100℃、用碱量2％-3％、氧压0.4-0.6MPa、硫酸镁用量0.2％、浆浓10％;其脱木素率达45％左右,同时对碳水化合物也产生一定程度的降解,导致了浆料的物理强度一定程度的损失,尤其是温度和用碱量对芦苇硫酸盐浆氧脱木素时碳水化合物降解的影响较大。芦苇硫酸盐浆氧脱木素后D0段漂白的最优工艺为漂终pH值3.0-4.0,C1O2用量0.8％1.0％,保0温时间60min,温度55℃-65℃。其中,漂终pH值对D0段漂白结果的影响最大。芦苇硫酸盐浆氧脱木素后接着D0EpD1三段漂,D0段C1O2用量所占的比例在5/8-6/8之间得到的白度最高;在最优的漂白工艺条件下,白度可以达到83％ISO以上,漂白过程中粘度下降5.64％,漂损4.66％。 D0或者D1段采用85℃高温C1O2漂白均可使纸浆白度提高1％ISO左右。芦苇硫酸盐浆氧脱木素后,在1643-1645cm-1的吸收峰略微增强,说明木素侧链Cα位羟基被氧化,生成Cα羰基结构,具有Cα羰基结构的木素经氧脱木素后会发生Cα-Cβ的断裂,产生醛基或羧基,引起木素的降解。1321cm-1和1245-1253cm-1处吸收峰在氧脱木素后有下降,表明紫丁香基和缩合愈疮木基木素在氧脱木素脱除。1163-1165cm-1、1057-1058cm-1、897cm-1这三处的吸收峰在氧脱木素后降低较多,说明碳水化合物降解较多。C1O2漂白后,1643-1645cm-1处的红外光谱吸收峰略有减弱,C1O2漂白时进一步把能使纸浆发色的醛基和羧基氧化分解。C1O2漂白浆经返黄后,红外光谱在3379-3416cm-1处得羟基吸收峰少许的减弱,而1643-1645cm-1处得吸收峰增加,可能是羟基在热诱导下生成了羰基了,使得浆料返黄。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 我国造纸植物纤维原料现状

1.1.2 芦苇的理化性能和制浆特性

1.1.3 造纸工业所面临的环保压力

1.2 低污染漂白技术发展现状

1.3 氧脱木素

1.3.1 氧脱木素化学

1.3.2 氧脱木素动力学

1.4 二氧化氯漂白

1.4.1 二氧化氯漂白无机化学

1.4.2 二氧化氯漂白脱木素化学

1.5 研究内容和预期目标

1.5.1 研究内容

1.5.2 预期目标

第二章 芦苇硫酸盐浆氧脱木素动力学研究

2.1 实验

2.1.1 实验浆料

2.1.2 氧脱木素动力学研究方法

2.1.3 分析方法

2.2 氧脱木素期间脱木素动力学

2.2.1 动力学模型的建立

2.2.2 温度对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

2.2.3 用碱量对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的的影响

2.2.4 氧压对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的的影响

2.2.5 卡伯值的估算

2.3 氧脱木素期间碳水化合物降解动力学

2.3.1 动力学模型的建立

2.3.2 温度对芦苇硫酸盐浆氧脱木素碳水化合物降解动力学的影响

2.3.3 用碱量对芦苇硫酸盐浆氧脱木素碳水化合物降解动力学影响.

2.3.4 氧压对芦苇硫酸盐浆氧脱木素碳水化合物降解动力学的影响.

2.4 小结

第三章 芦苇硫酸盐浆氧脱木素工艺研究

3.1 实验

3.1.1 实验浆料

3.1.2 实验方法

3.1.3 分析方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 时间对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

3.2.2 温度对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

3.2.3 用碱量对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

3.2.4 氧压对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

3.2.5 硫酸镁用量对芦苇硫酸盐浆氧脱木素的影响

3.2.6 最佳条件下氧脱木素的结果

3.3 小结

第四章 芦苇硫酸盐浆二氧化氯漂白研究

4.1 实验

4.1.1 二氧化氯漂白用浆料

4.1.2 二氧化氯溶液

4.1.3 实验方法

4.1.4 分析方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 D0段二氧化氯漂白工艺研究

4.2.2 D0EpD1漂白研究

4.2.3 最佳条件下二氧化氯漂白的结果

4.3 小结

第五章 芦苇硫酸盐浆氧脱木素及二氧化氯漂白和返黄机理研究

5.1 实验

5.1.1 原料

5.1.2 实验方法

5.1.3 样品的制备和检测仪器

5.2 结果和讨论

5.3 小结

第六章 结论、创新点与建议

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 建议

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文