离子液体预处理改善KP浆漂白和废纸脱墨性能的研究

摘要

漂白是制浆造纸过程中的重要工段,而漂白产生各类有机污染物,对环境尤其是水环境产生严重污染。为此,采用辅助手段改善纸浆的漂白性能和提高漂白药品的漂白效率具有重要意义。
　　离子液体(Ionic Liquids)是最近几十年才发展起来的绿色溶剂,具有稳定性高、蒸汽压低、离子电导率高等优点,可实现反复回用,在纤维素溶解和改性等领域已有较广泛的研究和应用。在漂白过程中,使用离子液体预处理纸浆可提高纤维素的润胀性能,作用于纤维素的结晶区,加速漂剂及反应产物的扩散,从而提高纸浆的漂白及脱墨性能。
　　本文采用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BmimCl)对硫酸盐浆和废纸浆进行处理,之后相应进行漂白和脱墨,以其达到提高漂白效率和提高白度的目的。
　　研究了离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的最优合成条件。采用单因素控制变量法,确定了两种离子液体预处理的最佳合成工艺。离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的最优工艺条件为:n(氯丙烯):n(N-甲基咪唑)=1.2:1,反应时间8h,反应温度55℃,在最优工艺下,AmimCl的产率到达86.52％,在最优工艺下采用微波加热2h,AmimCl的产率到达83.24％,表明微波加热能大大提高离子液体的合成速率。离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的最优工艺条件为:n(氯丁烷):n(N-甲基咪唑)=1.4:1,反应时间24h,反应温度80℃,在最优工艺下,BmimCl的产率能到达78.85％,在最优工艺下采用微波加热4h,BmimCl的产率到达77.65％,大大缩短了反应时间。
　　研究了离子液体处理后纸浆中纤维形态、结晶度以及木素基团的变化。经过离子液体处理后,纸浆中纤维发生了明显的润胀和分丝帚化现象,纤维细胞壁出现破损,暴露出更多微细纤维;离子液体不仅对纤维素非结晶区发生作用,对结晶区也有一定的破坏作用,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐处理的纤维结晶度降低了8.74％,而1-丁基-3-甲基咪唑氯盐处理的纤维结晶度降低了12.66％;对处理后的纸浆木素使用核磁共振磷谱的分析发现,两种离子液体处理后,脂肪族羟基分别降低了11.89％和11.54％,总酚羟基含量分别降低了20.47％和18.13％,木素中羧基含量有一定程度的提高,分别提高了18.72％和28.09％。
　　研究了对过氧化氢和二氧化氯漂白离子液体的最佳预处理条件。对过氧化氢漂白来说,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的最佳处理条件是纸浆水分12％,离子液体用量1.2mL/g,温度70℃,时间30min,与对照试样相比,漂后纸浆白度提高了2.50％ISO,撕裂指数和耐破指数分别提高了6.36％和3.22％,裂断长和耐折度分别降低了4.90％和11.40％;1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的最佳处理条件为纸浆水分3％,离子液体用量1.2mL/g,温度60℃,时间40min,与对照试样相比,漂后纸浆白度提高了3.68％ISO,撕裂指数和耐破指数分别提高了3.63％和1.75％,而裂断长和耐折度分别降低了6.90％和9.84％。对于二氧化氯漂白,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐的最佳处理条件是纸浆水分8％,离子液体用量1.0mL/g,温度60℃,时间20min,与对照试样相比,漂后纸浆白度5.95％ISO,撕裂指数提高了4.55％,而耐破指数、裂断长、耐折度分别降低了5.26％、6.90％、9.84％;而1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的最佳处理条件为纸浆为绝干无水,离子液体用量1.2mL/g,温度50℃,时间40min,与对照试样相比,漂后浆白度提高了6.75％ISO,撕裂指数和耐破指数分别提高了2.27％和2.02％,裂断长和耐折度分别降低了3.11％和24.23％。
　　研究了离子液体处理废纸浆对后续脱墨和漂白的影响。使用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐处理后,与对照试样相比,浮选脱墨后油墨浓度分别降低了7.90％和3.20％,经过一段过氧化氢漂白后,与对照试样相比,白度相应提高了4.11％ISO和1.70％ISO。对于两种离子液体的复配实验证实:A:B=1:2时,对浮选脱墨最有利,而当A:B=2:1时,对后续纸浆漂白最有利。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 过氧化氢漂白

1.3 二氧化氯漂白

1.4 离子液体在造纸行业中的研究进展

1.5 论文研究目的、意义及内容

第2章 离子液体AmimCl和BmimCl的合成

2.1 实验原料及方法

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第3章 离子液体预处理对纸浆纤维结构的影响

3.1 实验原料与方法

3.2 结果与讨论

3.3本章小结

第4章 离子液体预处理改善纸浆漂白工艺

4.1 实验原料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第五章 离子液体预处理改善废纸脱墨的研究

5.1 实验原料与方法

5.2 结果与分析

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1 本论文的主要结论

6.2 本论文创新及不足之处

6.3 下一步的工作计划

参考文献

致谢

在学期间主要研究成果