預(yù)處理和強(qiáng)化對桉木常規(guī)kp漿氧脫木素效果的影響

預(yù)處理和強(qiáng)化對桉木常規(guī)kp漿氧脫木素效果的影響

氧氣脫木素已成為epf和tcf的標(biāo)準(zhǔn)工作范圍。之前的氧脫木素脫木素的程度通常限制在45%50%之間。如果超過50%，脫木素的選擇性將惡化，導(dǎo)致沉積物的嚴(yán)重分解。在氧脫木素時加入H2O2、甲醇、氨基多羧酸錳(Ⅲ)、多氧金屬鹽等,可一定程度地催化氧脫木素過程,改善氧脫木素效率,提高脫木素的選擇性,有時還可增加氧漂漿的白度和粘度。此即“強(qiáng)化的氧脫木素”。此外,在氧脫木素前對漿料進(jìn)行“活化”預(yù)處理也是提高氧脫木素選擇性的有效途徑之一。一些預(yù)處理的方法及其效果已經(jīng)被報道,如過氧酸預(yù)處理、NO2預(yù)處理、酸性H2O2預(yù)處理等,這些預(yù)處理均可有效地改善氧脫木素的效果。桉木是一種優(yōu)良的速生闊葉材種,具有優(yōu)良的制漿造紙性能,大力發(fā)展桉木制漿,對緩解我國造紙工業(yè)原料結(jié)構(gòu)不合理的矛盾具有重要的意義。桉木制漿主要以KP法制漿為主,占桉木漿總產(chǎn)量的80%以上。因此,研究桉木KP漿的氧脫木素具有重要的意義。筆者曾對桉木常規(guī)KP法和RDH法的制漿性能及其制漿機(jī)理、桉木常規(guī)KP漿和RDH漿的氧脫木素和改善的氧脫木素效果、桉木常規(guī)KP漿和RDH漿的漂白性能等進(jìn)行過較為系統(tǒng)的研究。本文就預(yù)處理和強(qiáng)化對桉木常規(guī)KP漿氧脫木素的改善效果進(jìn)行了分析和論述。1實(shí)驗(yàn)1.1原材料自制桉木常規(guī)KP漿。粗漿得率52.8%,卡伯值17.8,白度30.9%ISO,粘度1105mL/g(CED)。1.2分散液壓法制備煙氣在電熱回轉(zhuǎn)式壓力容器中進(jìn)行,每次用80g絕干漿。漿料與化學(xué)藥品完全混合均勻后,移入反應(yīng)器中,通入氧氣至一定壓力,空轉(zhuǎn)3min以分散漿料。然后加熱升溫至所需溫度。氧脫木素條件:NaOH用量2.5%,100℃,45min,漿濃17%,MgSO4用量0.5%,氧壓0.75MPa。1.3氧氣脫木素H2O2和甲醇分別在氧脫木素前加入到漿料中,并與漿料完全混合均勻,然后進(jìn)行氧脫木素。1.4預(yù)處理反應(yīng)在聚乙烯塑料袋中進(jìn)行。用NaOH和H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH值,漿料與KMnO4溶液充分混合均勻后,在恒溫水浴中完成預(yù)處理反應(yīng)。預(yù)處理后,先加入少量的還原劑處理,然后充分洗滌。1.5官能部門及參數(shù)設(shè)置卡伯值的測定按照GB1546-89所規(guī)定的方法進(jìn)行。白度的測定用YQ-Z-48A白度顏色測定儀測定。粘度的測定采用銅乙二胺法,依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB1548-89所規(guī)定的方法進(jìn)行。1.6計算卡伯值降低率(%)=(原漿卡伯值-氧漂漿卡伯值)/原漿卡伯值×100%粘度降低率(%)=(原漿粘度-氧漂漿粘度)/原漿粘度×100%2結(jié)果與討論2.1kp法測定聚苯乙烯酸2.1.1氧脫木素增強(qiáng)效果H2O2對氧脫木素的強(qiáng)化有2種方式,一是H2O2在氧脫木素開始時加入,以O(shè)p表示;二是H2O2在氧脫木素結(jié)束后加入,中間不洗滌,以O(shè)/P表示。前者O2和H2O2同時與木素反應(yīng),后者是在木素被O2降解和改性后再與H2O2反應(yīng)。已有研究表明,強(qiáng)化效果Op優(yōu)于O/P。本文采用Op方式研究了不同用量的H2O2對桉木常規(guī)KP漿氧脫木素的強(qiáng)化效果,結(jié)果見表1。由表1可知,H2O2對桉木常規(guī)KP漿的氧脫木素有較好的強(qiáng)化效果。與單純的氧脫木素相比,在紙漿粘度損失較少的情況下,得到了更低卡伯值和更高白度的紙漿。紙漿的卡伯值降低和白度的增加,意味著在后續(xù)漂白段可以用較少量的漂白化學(xué)藥品來達(dá)到所需要的紙漿白度或?qū)崿F(xiàn)短程序漂白;或者是在相同的漂劑用量下,生產(chǎn)出更高白度的紙漿,實(shí)現(xiàn)紙漿的少氯或無氯漂白。雖然氧脫木素紙漿的脫木素程度和白度隨著H2O2用量的增加而增加,但當(dāng)H2O2用量超過0.8%時,其增加幅度將降低。因此,采用H2O2強(qiáng)化桉木常規(guī)KP漿的氧脫木素段,H2O2用量以0.8%為宜。2.1.2甲醇加入對脫木素段粘度和強(qiáng)度的影響采用甲醇強(qiáng)化桉木KP漿氧脫木素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2,由圖1、圖2可以看出,加入甲醇對提高氧脫木素程度和增加紙漿白度有積極的效果,并影響氧脫木素后紙漿的粘度。當(dāng)甲醇用量小于6%(對漿料總液量的體積百分比,下同)時,隨著甲醇用量的增加,氧漂漿的卡伯值下降較快,而粘度的降低幅度卻很小(如圖1所示),紙漿白度也有顯著的提高(如圖2所示)。這是因?yàn)檠鯕庠趬A性條件下產(chǎn)生的游離羥基,既具有脫木素作用,又可以通過進(jìn)攻纖維素長鏈中的聯(lián)結(jié)鍵,導(dǎo)致纖維素大分子中的糖甙鍵斷裂,使纖維素鏈長度下降,表現(xiàn)為紙漿粘度和強(qiáng)度的下降。甲醇的加入,抑制了游離基的產(chǎn)生,使碳水化合物的降解減少,保護(hù)了紙漿的粘度;其次,甲醇作為脫木素助劑,能使殘余木素含有較多的酚羥基,從而更有利于氧氣同殘余木素發(fā)生反應(yīng),因?yàn)檠趺撃舅刂饕峭ㄟ^氧與殘留木素的酚型單元起反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。此外,同乙醇類似,甲醇在較高的溫度下也具有脫木素作用,并能改善木素的溶解性能,從而提高了木素脫除率,另一方面,加入甲醇,降低了反應(yīng)體系中OH-的濃度,有利于碳水化合物的穩(wěn)定。因此,加入甲醇可以有效地改善氧脫木素段的脫木素效率,提高氧漂后紙漿的白度。但甲醇在改善氧脫木素段脫木素效果的同時,也使碳水化合物受到少量的降解,用量超過一定限度時,碳水化合物的降解作用將會加劇。本研究中當(dāng)甲醇用量超過6%時,繼續(xù)增加甲醇用量,氧脫木素漿的卡伯值降低和白度的增加趨勢均趨于平緩,但粘度卻迅速下降。綜合考慮,認(rèn)為在桉木常規(guī)KP漿甲醇強(qiáng)化的氧脫木素段,甲醇用量在6%時為最佳,此時,氧脫木素段的脫木素率達(dá)到49.4%,紙漿白度為59.1%ISO。同單純的氧脫木素段相比,脫木素程度增加4.5%(對未漂漿),氧漂漿白度增加5.1%ISO,而粘度僅多降低1.72%(對未漂漿),達(dá)到987mL/g。2.2kmno4預(yù)處理條件的確定KMnO4作為一種較強(qiáng)的氧化劑,在適宜的條件下,能夠活化漿中殘余木素,提高后續(xù)氧漂段的脫木素效率。KMnO4在中性或酸性條件下均具有氧化作用,但在中性或酸性H+濃度不足時,KMnO4在反應(yīng)過程中會生成褐色沉淀MnO2,MnO2易被纖維吸附,從而使紙漿顏色加深并影響后續(xù)漂白。因此,KMnO4預(yù)處理時,溶液中必須具有足夠的H+濃度,另外還須在預(yù)處理后加入少量的還原劑進(jìn)行還原處理,以除去生成的MnO2。MnO2與還原劑反應(yīng)生成Mn2+,此外,KMnO4在酸性條件下也會發(fā)生下列反應(yīng):MnO4?+8H++5e==Mn2++4H2O而生成Mn2+。因此,KMnO4預(yù)處理后,必須對漿料進(jìn)行充分洗滌,以除去Mn2+,否則將會影響后續(xù)氧漂段脫木素的選擇性,加速碳水化合物的降解反應(yīng)。特別是對H2O2強(qiáng)化的氧脫木素段,影響效果會更加明顯。由于KMnO4與木素的反應(yīng)比較迅速,因此不需要太長的反應(yīng)時間,也不需要通過加熱來促使其反應(yīng)的進(jìn)行,室溫下即可滿足要求。此外,太高的反應(yīng)濃度會影響KMnO4與漿料混合的均勻性,容易出現(xiàn)局部反應(yīng),因此,KMnO4活化預(yù)處理時的漿濃不宜太高,但過低的濃度則會影響生產(chǎn)能力。本實(shí)驗(yàn)選取的KMnO4預(yù)處理條件為:漿濃3%,室溫,H2SO4用量2.0%,反應(yīng)時間30min。在此條件下,不同用量的KMnO4預(yù)處理對桉木常規(guī)KP漿氧脫木素的改善效果見表2。由表2可以看出,KMnO4預(yù)處理對桉木常規(guī)KP漿的氧脫木素具有明顯的改善效果,能有效地提高氧脫木素段的脫木素程度,降低紙漿卡伯值,提高氧漂漿白度。例如:與單純的氧脫木素段相比,用1%KMnO4預(yù)處理漿料,氧漂段的脫木素程度從44.9%增加到61.2%,脫木素率增加16.3%;紙漿白度從54%ISO上升到64.2%ISO,提高10.2%ISO。KMnO4預(yù)處理后,氧漂漿的粘度雖有所降低,但仍都保持在920mL/g以上。增加KMnO4用量,氧漂段的脫木素程度和氧漂漿的白度均隨之增高,但當(dāng)KMnO4用量超過1.5%時,紙漿粘度將會有較大的降低。此外,如KMnO4用量過大,剩余的KMnO4還會在酸性條件下產(chǎn)生更多的MnO2褐色沉淀,導(dǎo)致在KMnO4預(yù)處理后要使用更多的還原劑進(jìn)行處理,另外還會涉及到大量Mn2+的去除問題。因此,KMnO4的用量不宜過高,但如果KMnO4用量太少,將達(dá)不到明顯的改善效果。在實(shí)驗(yàn)條件下,KMnO4用量在1%~1.5%之間為宜。2.3mno4預(yù)處理KMnO4預(yù)處理和H2O2強(qiáng)化均可以改善氧脫木素的效率,因此,本實(shí)驗(yàn)探討了將兩者結(jié)合使用對氧脫木素的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4。由圖3可知,KMnO4預(yù)處理與H2O2強(qiáng)化相結(jié)合,可以更有效地改善氧脫木素段的脫木素效率,進(jìn)一步降低紙漿硬度和提高紙漿白度。氧脫木素后,紙漿卡伯值可降低到5.0,脫木素程度達(dá)71.9%;紙漿白度達(dá)到71.8%ISO,而紙漿粘度僅比單純氧脫木素段多降低8.23%,仍在900mL/g以上(如圖4所示)。此外,改善的氧脫木素段的紙漿得率比單純的氧脫木素段稍有降低。說