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杉木CTMP高白度漂白技术及机理研究

2020-11-28阅读(263)

杉木CTMP高白度漂白技术及机理研究

论文摘要

我国造纸工业纤维原料供应短缺,扩大原料供应品种,有利于我国造纸工业的健康发展和生态环境的保护。目前杉木CTMP漂白存在漂白困难、化学药品消耗高、纸浆存在黄颜色底色等问题,其解决可扩大我国造纸工业的原料供应途径,具有重大意义。本论文以我国南方大量种植的杉木为研究原料,以杉木CTMP浆高白度漂白技术及机理为研究课题,研究了机械浆漂白过程中过氧化氢的分解行为及抑制措施,杉木CTMP高温快速漂白,氧化活化改善过氧化氢漂白性能,过氧化物-TAED活化体系漂白,组合漂白中FAS的漂白性能,多段组合高白度漂白技术及漂白性能;探讨了杉木机械浆的可漂白性能及突破其浆料漂白白度增限的方法。在上面研究的基础上,重点探讨了杉木CTMP浆料漂白过程中的木质素结构和功能基团的变化,使用浆料红外光谱、UV-Vis光谱、和Raman激光光谱对漂白过程中的木质素发色基团的脱除机理进行了剖析,提出了一套杉木CTMP纸浆高白度漂白技术。通过对杉木CTMP单段过氧化氢漂白工艺进行优化,提高了杉木CTMP漂白白度增限。优化后的工艺条件是:H2O26%,NaOH用量为4.5%,Na2SiO32%,DTPA0.1%,漂白浓度20%,温度70,时间180min。可以把原浆白度为45.6%ISO的杉木CTMP漂白至79.7%ISO。使用高温短时间漂白工艺（95oC,60min）,能够漂白至77.9%ISO。使用氧化型漂白剂在漂白前进行活化预处理,可以提高后续过氧化氢漂白的效率。几种预处理方式中,以酸性条件下ClO2活化预处理效果最好,其次是酸性过氧化氢,不加漂白稳定剂的碱性过氧化氢活化效果不够理想。碱性条件下使用的次氯酸盐不适宜做漂白前活化处理剂。使用酸性ClO2活化预处理（ClO2用量0.5%,浓度10%,温度70oC,时间30min,用硫酸控制初始pH值4-4.5,终点pH5-6）,经过6%H2O2漂白,白度可以达到77.7%ISO,比相同漂白用量（6.5%）的过氧化氢漂白白度增加1.2百分点。对三种过氧化物-TAED活化体系漂白进行了研究比较。机械浆过氧化物-TAED活化体系漂白反应,可以在短时间内完成,漂白时间可以缩短到30 min 60min。H2O2-TAED活化体系漂白,温度70oC、时间60min、H2O2用量6%、TAED与H2O2摩尔比0.1,可实现29.3%的白度增值。FAS漂白应用于杉木CTMP组合漂白可以改善漂白效率,提高白度增限。FAS在两段漂白组合中的位置影响其漂白效果。PF比FP漂白白度约高12个白度点。FAS漂白可进行高温短时间漂白（90oC、30min）,实现良好的漂白效果。采用FAS还原型漂白作结束段的漂白组合可以取得较好的漂白效果。在10%的总漂剂用量下,使用P*PF漂序浆料白度可以达到83.2%ISO的高白度,且漂白得率损失小。紫外光老化和热湿返黄试验结果表明,以还原型漂白结束的三段组合漂白的白度稳定性良好。机械浆漂白过程对纤维质量产生积极影响。漂白前后,纤维长度和宽度变化不大;但浆料纤维的卷曲和扭结程度有所改善。漂白是机械浆消潜操作的继续,可以改善纸张的抄造性能,提高纸页的强度性能。杉木木质素是G型木质素,存在微量的H型结构;杉木CTMP木质素结构中存在如下官能团:甲氧基;羰基;酚型羟基、非酚型羟基（并以非酚型羟基为主）;对位醌型结构。纸浆的红外光谱分析表明, H2O2漂白过程对α和β-羰基都有破坏作用;H2O2漂白对木质素苯环结构有破坏作用,能使木质素中苯基丙烷部分分解;未醚化的酚单元更易被破坏和溶出。FAS漂白酚羟基的移除作用不大。纸浆的UV-Vis差谱分析表明,P-TAED活化体系漂白可以移除与苯环相连的共轭羰基发色基团;FAS漂白不仅能够移除与苯环共轭的羰基发色基团,还有效移除浆料木质素中的醌型发色结构;发现FAS漂白置于过氧化氢主漂白段之后可以更好地降低浆料的吸收强度,说明FAS漂白更适宜作为漂白结束段使用。纸浆的Raman光谱分析表明,漂白明显降低松柏醛的结构,进而改善浆料的稳定性能。研究提出了漂白过程中FAS与木质素主要发色结构发生的化学反应的化学式。多段漂序结束段的FAS漂白,能够把木质素中的主要发色基团（α-羰基和醌型结构）还原为羟基,起到纸浆脱色和漂白作用。随着FAS和TAED销售价格的降低,三段组合漂白工艺P*PF有望在工业上得到推广应用。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.1.1 研究背景
  • 1.1.2 研究目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状与评述
  • 1.2.1 杉木制浆造纸研究现状
  • 1.2.2 过氧化氢漂白（P）
  • 1.2.3 过氧乙酸漂白（Paa）
  • 1.2.4 过氧化物－TAED 活化体系漂白
  • 1.2.5 连二亚硫酸钠漂白（T）
  • 1.2.6 二氧化硫脲漂白（F）
  • 1.2.7 机械浆高白度漂白的概念和现状
  • 1.2.8 机械浆漂白研究技术手段
  • 1.2.9 研究评述
  • 1.3 研究目标和主要研究内容
  • 1.3.1 研究目标
  • 1.3.2 主要研究内容
  • 1.4 研究技术路线
  • 第二章 漂白过程中过氧化氢的分解行为及抑制措施
  • 2.1 引言
  • 2.2 试验材料与方法
  • 2.2.1 试验材料
  • 2.2.2 试验方法
  • 2.3 结果与分析
  • 2.3.1 强碱性条件下过氧化氢的分解行为
  • 2＋、Ca2＋、Al3＋对强碱性条件下过氧化氢的稳定效果比较'>2.3.2 Mg2＋、Ca2＋、Al3＋对强碱性条件下过氧化氢的稳定效果比较
  • 3＋、Fe2＋、Mn2＋和Cu2＋过渡金属离子对强碱条件下过氧化氢的催化分解作用'>2.3.3 Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋和Cu2＋过渡金属离子对强碱条件下过氧化氢的催化分解作用
  • 2＋对过渡金属离子存在的碱性过氧化氢溶液的稳定作用'>2.3.4 Mg2＋对过渡金属离子存在的碱性过氧化氢溶液的稳定作用
  • 2.3.5 DTPA 对碱性过氧化氢溶液的稳定作用
  • 2SiO3 对碱性过氧化氢溶液的稳定作用'>2.3.6 Na2SiO3对碱性过氧化氢溶液的稳定作用
  • 5O4 用量的优化'>2.3.7 Mg5O4用量的优化
  • 2.3.8 DTPA 用量的优化
  • 2SiO3 用量的优化'>2.3.9 Na2SiO3用量的优化
  • 2SiO3 对机械浆漂白的稳定作用'>2.3.10 DTPA 和Na2SiO3对机械浆漂白的稳定作用
  • 4、Na2SiO3 和 DTPA 三种助剂的正交实验'>2.3.11 MgSO4、Na2SiO3 和 DTPA 三种助剂的正交实验
  • 2.3.12 DTPA 预处理对机械浆漂白的影响
  • 2.4 小结
  • 第三章 杉木CTMP 高效过氧化氢漂白性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 试验材料与方法
  • 3.2.1 试验材料
  • 3.2.2 试验方法
  • 3.3 结果与分析
  • 3.3.1 杉木化机浆制浆性能
  • 3.3.2 过氧化氢漂白碱优化
  • 3.3.3 化学预浸渍条件对漂后浆白度的影响
  • 3.3.4 高温过氧化氢漂白
  • 3.4 小结
  • 第四章 氧化活化改善杉木CTMP 过氧化氢漂白性能
  • 4.1 引言
  • 4.2 试验材料与方法
  • 4.2.1 试验材料
  • 4.2.2 试验方法
  • 4.3 结果与分析
  • 2O2 预处理'>4.3.1 常规碱性H2O2预处理
  • 2O2 预处理'>4.3.2 酸性H2O2预处理
  • 4.3.3 NaClO 预处理
  • 2 预处理'>4.3.4 ClO2预处理
  • 4.4 小结
  • 第五章 过氧化物-TAED 活化体系漂白杉木CTMP 纸浆
  • 5.1 引言
  • 5.2 试验材料与方法
  • 5.2.1 试验材料
  • 5.2.2 试验方法
  • 5.3 结果与分析
  • 2O2-TAED 活化体系'>5.3.1 H2O2-TAED 活化体系
  • 5.3.2 PB-TAED 活化体系
  • 5.3.3 PC-TAED 活化体系
  • 5.3.4 过氧化物活化体系漂白性能的比较
  • 5.3.5 杉木BCTMP 的物理性能
  • 5.4 小结
  • 第六章 杉木CTMP 组合漂白中FAS 漂白性能研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 试验材料与方法
  • 6.2.1 试验材料
  • 6.2.2 试验方法
  • 6.3 结果与分析
  • 6.3.1 杉木漂白机械浆的颜色
  • 6.3.2 单段FAS 漂白
  • 6.3.3 两段漂序中的FAS 漂白
  • 6.3.4 三段漂序中的FAS 漂白
  • 6.4 小结
  • 第七章 杉木CTMP 高白度多段组合漂白研究
  • 7.1 引言
  • 7.2 试验材料与方法
  • 7.2.1 试验材料
  • 7.2.2 试验方法
  • 7.3 结果与分析
  • 7.3.1 杉木CTMP 的可漂白性能
  • 7.3.2 单段漂白
  • 7.3.3 两段组合漂白
  • 7.3.4 三段组合漂白
  • 7.3.5 组合漂白过程中其它检测项目和漂白化学品成本分析
  • 7.3.6 推荐的三段组合漂白工艺
  • 7.4 小结
  • 第八章 杉木CTMP 浆木质素特征及高白度漂白机理
  • 8.1 引言
  • 8.2 试验材料与方法
  • 8.2.1 试验材料
  • 8.2.2 试验方法
  • 8.3 结果与分析
  • 8.3.1 杉木CTMP 木质素的特征分析
  • 8.3.2 纸浆的UV-Vis 光谱
  • 8.3.3 纸浆的红外光谱
  • 8.3.4 纸浆的Raman 光谱
  • 8.3.5 杉木组合漂白可能的化学反应机理
  • 8.4 小结
  • 第九章 结论与讨论
  • 9.1 结论
  • 9.1.1 过氧化氢的分解行为及抑制措施
  • 9.1.2 杉木CTMP 高温快速过氧化氢漂白
  • 9.1.3 氧化活化改善杉木CTMP 过氧化氢漂白性能
  • 9.1.4 过氧化物-TAED 活化体系漂白可以缩短漂白时间
  • 9.1.5 FAS 用于杉木CTMP 组合漂白结束段可以提高漂白效率
  • 9.1.6 杉木CTMP 多段组合漂白可以实现更高的漂白白度
  • 9.1.7 杉木CTMP 木质素特征及高白度漂白机理
  • 9.2 讨论
  • 9.2.1 杉木 BCTMP 实现高白度漂白的途径
  • 9.2.2 杉木机械浆浆料的强度性能和漂白过程污染负荷
  • 9.2.3 推荐漂白工艺的成本分析
  • 9.3 展望
  • 9.3.1 P*PF 漂序的市场应用前景
  • 9.3.2 UV-Vis 光谱在制浆造纸研究方面的应用展望
  • 9.3.3 Raman 光谱在制浆造纸研究方面的应用展望
  • 9.4 论文的创新点
  • 参考文献
  • 在读期间的学术研究
  • 致谢

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