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《东北林业大学》 2018年
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硅藻土颗粒的复合化修饰及其在造纸中的应用研究

尚尉  
【摘要】:在造纸领域中,微米尺度无机粒子可用作造纸填料、涂布颜料、助留助滤剂和树脂控制剂等,具有重要的利用价值。硅藻土是一种非金属矿物质,其主要组成成分是非定型的二氧化硅,具有独特的孔隙结构和功能特性,已在造纸领域中有所应用,但其应用仍存在一定局限性,利用潜力有待于深入挖掘。本论文的研究工作主要包括两个方面:(1)利用修饰剂对硅藻土颗粒进行复合化修饰,改善其结合能力和光学特性,提高应用性能,为其在特种纸等方面的高效应用奠定基础;(2)利用硅藻土颗粒的独特孔隙结构优势和阴阳离子相互作用,对造纸废水进行深度处理,去除水中污染物,为硅藻土的利用开辟新途径。(一)硅藻土颗粒的复合化修饰及其用作造纸填料的研究分别采用淀粉/脂肪酸、阳离子淀粉/六偏磷酸钠、聚乙烯亚胺、十八烷基三甲基氯化铵、阳离子淀粉/硬质酸钠、碳酸钠/氯化钙对硅藻土颗粒进行复合化修饰,并将其用作造纸填料,探究了复合化修饰对硅藻土颗粒结合能力、光学特性和应用效能的改善作用。利用扫描电子显微镜、Zeta电位分析仪、粒径分析仪和傅里叶红外光谱仪对复合化修饰前后的硅藻土进行表征。并对加填纸性能及留着率等进行了分析和评价。通过对比几种经复合化修饰的硅藻土颗粒特性和应用效果发现,采用阳离子淀粉/六偏磷酸钠、聚乙烯亚胺、十八烷基三甲基氯化铵对硅藻土进行复合化修饰,可有效提高硅藻土的Zeta电位、结合能力和留着性,提高加填纸强度性能。采用淀粉脂肪酸复合化修饰的硅藻土,加填纸强度性能有所提高,但松厚度略低,采用阳离子淀粉/硬质酸钠制备的复合化修饰的硅藻土,可有效改善加填纸松厚度,但是,白度略低。采用碳酸钠/氯化钙复合化修饰的硅藻土,可有效改善和提高加填纸白度。综合来看,采用聚乙烯亚胺和十二烷基磺酸钠复合化修饰的硅藻土,Zeta电位提高最多,结合能力最好,综合应用性能最佳。研究发现聚乙烯亚胺和十二烷基磺酸钠复合修饰的硅藻土颗粒的Zeta电位由负电性转变为正电性,当PEI平衡吸附浓度为0.24g/L时,Zeta电位超过25mV,有效提高了硅藻土结合性能和留着率。与未修饰硅藻土相比,经复合化修饰的硅藻土加填纸的物理性能得到有效改善和提高,加填纸的抗张指数提高超过34.9%。经复合化修饰的硅藻土的用量为40%时,复合化修饰的硅藻土留着率提高16%。同时,特别值得注意的是,经复合化修饰的硅藻土用作造纸填料,可有效锚固浆料中的阴离子垃圾,浆料阳离子需求量降低85%,有助于提高助留助滤剂的作用效果,改善浆料滤水性能。(二)硅藻土的复合化修饰及其用作造纸废水处理剂的研究分别采用阳离子聚丙烯酰胺和壳聚糖对硅藻土颗粒进行复合化修饰,两种复合化修饰方法均可改善和提高硅藻土对造纸废水污染物的吸附性,研究发现经聚丙烯酰胺复合化修饰后的硅藻土用量为350mg/L、吸附时间为2h时,废水CODcr去除率达到80%以上,浊度去除率达到95%以上,色度去除率高达100%;当壳聚糖用量为6%、pH为8、壳聚糖浓度为5~6g/L时,制备复合化修饰的硅藻土性能较好。基于阳离子聚丙烯酰胺的复合化修饰方法更为简便易行。对比其在CODcr去除率、色度去除率、吸附时间、浊度去除率和处理温度上的差异,发现阳离子聚丙烯酰胺复合化修饰的硅藻土综合使用性能更佳。可见,经阳离子聚丙烯酰胺复合化修饰的硅藻土用于造纸废水处理,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TS727

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