甘蔗渣氧碱浆的臭氧漂白研究

论文摘要

丰富的甘蔗渣资源为我国制浆造纸工业提供重要的非木材原料；氧碱蒸煮结合氧系漂白为实现草类原料清洁化制浆又进了一步；对氧碱浆如何进行高选择性的臭氧漂白以获取高白度的TCF漂白浆成为了制备氧系纸浆关注的焦点。本文采用自制的高浓臭氧漂白反应器对甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白的工艺作了系统的研究,优化后的臭氧漂白工艺为：浆浓40%、臭氧流量0.9kg·min-1/odt、处理时间10min、助剂复合酸的用量1.5%以及pH=2.5,所得的浆料Kappa值下降65.49%、白度增加16.0%ISO以及黏度降低55mL·g-1。以臭氧段为基础的TCF漂白研究说明：甘蔗渣氧碱浆的Kappa值和白度具有显著的臭氧漂白时间区域敏感性,10min左右可作为临界点；P或Po补充漂白能减轻返黄,提高白度的稳定性,同时具有良好的漂白选择性等优点；采用ZP和Z（Po）均能得到品质优良的终漂浆；ZP和Z（Po）终漂浆的强度普遍高于原浆,其耐破指数、抗张指数、撕裂指数和耐折度的水平分别为3.31～3.36kP·m2·g-1、54.0～56.9N·m·g-1、4.92～5.43mN·m2·g-1和142～201次。浆料中聚戊糖、羧基和结晶度测定结果表明,原浆以及臭氧漂白浆中半纤维素的含量很高,添加助剂的臭氧漂白对碳水化合物有一定保护作用；甘蔗渣氧碱原浆种含有较高的羧基,臭氧漂白使羧基含量减少；助剂的添加可以提高臭氧漂后浆料的结晶度,保护了纤维素。臭氧漂白废液中各组分量的分布情况显示,臭氧对浆料以及其降解产物有持续的作用；添加助剂能改善脱木素的效果,保护碳水化合物,提高臭氧漂白的效率和选择性。利用红外光谱、13C-核磁共振以及质谱对甘蔗渣氧碱浆的臭氧漂白脱木素机制和碳水化合物降解机理进行了研究,结果表明,臭氧漂白使纸浆中的木素及其结构单元中的甲氧基、侧链和β-O-4等结构遭到破坏溶出,同时碳水化合物也受到氧化降解；添加助剂能强化臭氧对浆料以及降解产物中木素的破坏作用,大大地抑制了对碳水化合物C-H键和C-OH键的氧化反应,从而减轻了对浆料中碳水化合物的氧化降解作用,提高了臭氧漂白的选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 甘蔗渣制浆造纸的前景
• 1.3 草类原料氧碱制浆的优势
• 1.4 TCF漂白
• 1.5 臭氧漂白
• 1.5.1 臭氧的性质
• 1.5.2 臭氧漂白的作用机理
• 1.5.3 臭氧漂白的"化学打浆"作用以及对浆料强度的影响
• 1.5.4 臭氧漂白的工艺
• 1.5.5 臭氧漂白的环境收益
• 2O₂漂白'>1.6 H₂O₂漂白
• 2O₂漂白的机理'>1.6.1 H₂O₂漂白的机理
• 2O₂漂白的工艺'>1.6.2 H₂O₂漂白的工艺
• 1.7 研究背景以及主要目的
• 第二章 甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白规律性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料与方法
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 实验主要仪器
• 2.2.3 方法
• 2.2.4 分析检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 臭氧漂白过程中主要参数的选择
• 2.3.2 pH的影响
• 2.3.3 螯合预处理的影响
• 2.3.4 助剂的影响
• 2.3.5 pH调节、预处理对添加复合酸臭氧漂白效果的影响
• 2.3.6 初始Kappa值对臭氧漂白效果的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 以臭氧漂白为基础的甘蔗渣氧碱TCF漂白研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料与方法
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 实验主要仪器
• 3.2.3 方法
• 3.2.4 分析检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白时间敏感区域的研究
• 3.3.2 ZP组合漂白的研究
• 3.3.3 Z（Po）组合漂白高白度浆的研究
• 3.3.4 臭氧漂白对甘蔗渣氧碱漂白浆性能影响的综合评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白机理的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料与方法
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同原料以及制浆方法所得浆料的臭氧漂白研究
• 4.3.2 四种臭氧漂白浆料的特征
• 4.3.3 四种臭氧漂白废液的特征
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 主要研究结论
• 5.1.1 甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白的工艺
• 5.1.2 甘蔗渣氧碱浆TCF漂白的工艺
• 5.1.3 甘蔗渣氧碱浆臭氧漂白的机理
• 5.2 本研究的创新之处
• 5.3 笔者对今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录