杨木CTMP镁碱H2O2漂白中DCS溶出机理及絮凝行为的研究

发布时间：2016-09-05 浏览量：1103

【成果完成人】刘苇，侯庆喜，洪义梅，张瑞霞，孙波，韩松，李杨

【第一完成单位】天津科技大学

【关键词】杨木；漂白

【中图分类号】 TS745

【学科分类号】530.57

【成果简介】高得率制浆技术能合理地利用纤维原料，纸浆能满足多种产品的性能要求，可降低生产成本，减少制浆废液的污染，对造纸工业的可持续发展具有重要意义，尤其适合我国森林资源短缺的实际国情。随着社会经济和人们生活水平的提高，纸制品的质量、环境保护和节能减排日益受到当代人的重视，发展高得率制浆技术已成为世界各国的普遍共识，已经成为各国制浆造纸行业的研究热点和重点。然而，在高得率浆的制浆和漂白过程中，会有大量物质降解溶出，尤其是漂白阶段。漂白过程所使用的强碱(如NaOH)会使大量的木素及碳水化合物发生降解，不仅降低了纸浆得率，也增加了废水污染负荷。同时，随着白水循环程度的增强，溶解及胶体物质(Dissolved and Colloidal Substances，DCS)大量积累，会给湿部操作和产品生产造成不良影响，降低成纸性能。控制和减少DCS的溶出，尤其是漂白过程DCS的溶出，对于工厂的实际生产非常重要。已有研究发现采用碱性较弱的镁碱取代部分NaOH作为碱性过氧化氢漂白的碱源可以很好地解决上述问题，并且能够降低生产成本。因此，针对镁碱对漂白过程中DCS影响的研究具有重要的实际意义。分别以钠碱和镁碱作为漂白碱源，研究了杨木 CTMP 碱性过氧化氢漂白中 DCS 的特性(如溶出量、pH、电导率、阳离子需求量、化学组分等)以及漂白浆料纤维的化学组分和表面化学组分;研究了镁碱部分取代钠碱后，镁碱用量、漂白温度、漂白时间、漂白浓度对DCS 特性的影响。研究结果表明：在 MgO 替代 NaOH 的 CTMP 碱性过氧化氢漂白中，随着 MgO 取代量的增加，DCS 和 DS 的固含量、电导率、阳离子需求量与木素含量均下降。延长漂白时间、提高温度和浆浓、增加用碱量和 H 2 O 2 量都能有效促进漂白反应的顺利进行。随着上述因素的增强，DCS 和 DS 的 pH 值、固含量、电导率、阳离子需求量与木素含量均明显增加，浆张各项物理性能和白度呈上升趋势。在杨木 CTMP 碱性过氧化氢漂白中，随着 MgO 取代 NaOH 比例的增加，漂后浆料中的综纤维素、木素以及苯醇抽出物的含量均增加，漂白浆料的表面木素含量逐渐增多。增加 MgO 取代 NaOH 的比例会降低漂白浆纤维素间的氢键结合。DCS 水样的 MTBE 抽出物主要由脂肪酸、降解木素类产品和甘油三酯组成，未发现树脂酸。大部分的抽出物为脂肪酸，如硬脂酸、棕榈酸、十八碳烯二酸和其它一些微量组分(如琥珀酸、马来酸、羟基丁二酸) 。4-水杨酸、苯甲酸、对苯二甲酸和邻苯二甲酸可能来源于木素降解产物。与使用 NaOH 作为漂白碱源的工艺相比，在镁碱漂白工艺中 DCS中 MTBE 抽出物的含量较低。一些抽出物的含量降低 30-50%，如苯甲酸、马来酸、4-水杨酸、邻苯二甲酸等。通过上述研究，明确了镁碱取代钠碱作为漂白碱源后，杨木 CTMP 碱性过氧化氢漂白过程中 DCS 的溶出机理，确定了镁碱漂白对 DCS 的化学组成和特性、浆料表面化学组分、漂后浆料物理性能及其配抄性能的影响。以不同取代比例的镁碱代替钠碱，研究了湿部助剂和金属离子与杨木 CTMP 碱性过氧化氢漂白过程中 DCS 之间的作用效果。研究结果表明：钙离子的存在对于 DCS 的稳定性具有重要影响。随着钙离子的添加，DCS 水样的平均弦长随时间而不断增大，絮凝出现，发生失稳现象。随着 CPAM 的添加，DCS 水样的平均弦长随时间而不断增大，絮凝出现，发生失稳现象，而 PEI 对 DCS 平均弦长的影响不明显。镁碱取代比例对 DCS 水样的稳定性具有明显影响。添加相同含量的 Ca 离子后，DCS 水样的平均弦长随镁碱取代比例的降低而增加明显，而残余浊度随着镁碱取代比例的增加而明显降低。添加相同含量的 CPAM 后，DCS水样的平均弦长随镁碱取代比例的增加而增加，而残余浊度随着镁碱取代比例的增加而降低。通过上述研究，明确了以镁碱作为漂白碱源之后，金属离子及湿部助剂对杨木 CTMP碱性过氧化氢漂白过程中 DCS 的影响。