超声波改善速生材化机浆制浆性能及其机理的研究

摘要

上世纪八十年代以来，化学机械浆因原料适应性广、投资低、制浆得率高等优点，在我国得到了迅速发展。由于我国森林资源匮乏，优质制浆原料供应紧缺，大部分企业采用商品木片生产浆料。但商品木片品种杂、材性差异大，木片质量无法保证，导致企业处于高化学品用量、高电耗状态下生产，得到的纸浆质量偏低，废水污染负荷高且难以处理排放，严重削弱了企业的市场竞争力。其原因主要是商品木片难以实现均质浸渍软化。本研究针对商品桉木片、杨木片难以均质浸渍的问题，利用超声波特有的空化效应，改善药液在木片中的渗透性能。通过研究超声波预处理对化机浆浸渍段和桉木机械浆(TMP)漂白的影响，优化了两段超声波协同作用的效果，确定了超声波辅助漂白浸渍的最佳工艺。辅以红外分析、结晶度分析、扫描电镜等手段阐明了超声波辅助浸渍漂白的机理。最终实现了高效均质浸渍软化，减少了化学品用量，改善了纸浆质量。　　采用桉木、杨木两种木材原料，选择化学热磨机械法制浆工艺，通过监测体系中木片质量的变化及残余氢氧化钠的量，探究超声预处理对木片浸渍的影响。实验结果表明，超声波辅助木片浸渍的最优工艺为:超声功率585W，预处理时间30min，预处理温度75℃，桉木原料用碱量6％，杨木原料用碱量5％，物料处理浓度10％。在最优工艺下，桉木物料碱吸收量提高了3.31％，杨木物料碱吸收量提高了6.15％;桉木原料白度提高2.11％ISO，残余过氧化氢含量提高了4.4％:而杨木原料漂后浆白度基本没有变化，但残余过氧化氢含量有所上升，提高了2.73％。　　通过分析检测超声处理前后桉木机械浆的白度及残余过氧化氢含量等物理性能，探究了超声预处理对桉木机械浆(TMP)漂白的影响。实验结果表明，超声波预处理最优工艺条件为:超声功率585W，预处理时间30min，预处理浆浓2％，温度80℃，处理工艺为超声辅助碱性过氧化氢处理工艺，频率22.5Hz。在此工艺条件下，其白度提高了1.97％ISO，残余过氧化氢含量提高了8.5％，且物理强度均有提高，其中抗张强度最为明显，抗张指数提高了1.11N·m/g。　　研究了两段超声波辅助浸渍漂白对浆料的白度及残余过氧化氢含量的影响。通过对比单段超声波处理及两段超声波协同处理后的漂后浆白度及残余过氧化氢含量，确定了最佳超声预处理的条件。实验结果表明，与一段超声辅助浸渍工艺相比，两段超声辅助浸渍漂白工艺得到的桉木浆白度提高3.9％ISO，杨木浆提高3.58％ISO:与一段超声辅助漂白工艺对比，两段超声辅助浸渍漂白工艺得到的桉木浆白度降低1.1g％ISO，杨木浆降低2.1％ISO。但两段超声处理NaOH用量较单段超声预处理漂白相比，桉木碱用量高出了4％，杨木碱用量高出了3％。其中桉木经两段超声处理后的耐破指数、撕裂指数及抗张指数较单段超声处理漂白段后的强度指数分别提高了30.23％、12.5％及20.92％:杨木则分别提高了15.58％、34.11％及22.37％。　　经扫描电镜、共聚焦拉曼显微镜及物料组分分析表明，超声波可以使纹孔破裂，打通木材内部液体的流动通道，从而提高药液浸渍速率和木素的脱除率。经红外光谱、X-衍射及纤维质量分析表明，超声辅助碱性过氧化氢处理纸浆纤维，可以改善纤维的柔软度及纸浆纤维的滤水性能，提高纸浆纤维的细纤维化及分丝帚化。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．2我国纸浆及制浆原料的利用现状

1．3研究目的

1．4国内外研究现状及进展

1．4．1超声波及超声化学

1．4．2超声波辅助木材浸渍的研究现状

1．4．3超声波用于纸浆处理中的应用

1．4．4超声波辅助化机浆浸渍漂白的研究现状

1．5研究意义、内容及技术路线图

1．5．1研究意义

1．5．2研究内容

1．5．3技术路线图

1．6项目来源与经费支持

第二章超声波辅助改善物理浸渍效果的影响

2．1引言

2．2实验材料

2．2．1实验原料

2．2．2实验药品

2．2．3实验仪器

2．3实验方法

2．3．1氢氧化钠预处理

2．3．2超声波协同氢氧化钠预处理

2．3．3漂白处理

2．4分析方法

2．4．1物料的吸液量分析

2．4．2白度

2．5结果与讨论

2．5．1环境体系对超声辅助浸渍的影响

2．5．2制浆漂白性能的对比

2．6本章小结

第三章超声波预处理改善桉木机械浆漂白性能的影响

3．1引言

3．2实验材料

3．2．1实验原料

3．2．2实验药品

3．2．3实验仪器

3．3实验方法

3．3．1热水预处理

3．3．2超声预处理

3．3．3超声协同NaOH预处理

3．3．4超声协同碱性过氧化氢预处理

3．3．5漂白处理

3．4分析方法

3．4．1纸浆物理性能

3．4．2热老化

3．5结果与讨论

3．5．1环境体系对超声辅助浸渍的影响

3．5．2不同预处理后的纸浆性能分析

3．6小结

第四章两段超声波协同处理对改善木材浸渍漂白的影响

4．1引言

4．2实验材料

4．2．1实验原料

4．2．2实验药品

4．2．3实验仪器

4．3实验方法

4．3．1两段超声预处理

4．3．2超声辅助预浸渍处理

4．3．3超声辅助TMP浆漂白处理

4．3．4漂白处理

4．4分析方法

4．5结果与讨论

4．5．1两段超声处理后漂白段的漂白时间及H202用量优化

4．5．2两段超声预处理条件的优化

4．5．3不同超声处理条件对漂白的影响

4．6小结

第五章超声波辅助化学浸渍和漂白过程的机理分析

5．1引言

5．2实验材料

5．2．1实验原料

5．2．2实验药品

5．2．3实验仪器

5．3实验方法

5．3．1热水预处理及超声预处理

5．3．2氢氧化钠预处理及超声协同氢氧化钠预处理

5．3．3碱性过氧化氢预处理及超声协同碱性过氧化氢预处理

5．4分析方法

5．4．1组分分析

5．4．2扫描电镜

5．4．3共聚焦拉曼显微镜

5．4．4纤维质量分析

5．4．4结晶度

5．4．5红外光谱

5．5结果与讨论

5．5．1原料结构特征分析

5．5．2超声处理纸浆纤维机理探究

5．6小结

6．1论文主要结论

6．2论文的创新点

6．3建议及展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢

附录