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稻草烧碱法蒸煮过程硅溶出规律的研究

陆琦  
【摘要】:禾草类植物纤维是制浆造纸的重要原料之一,但由于稻草原料含硅量高的特点,造成在稻草碱法制浆过程中蒸煮黑液碱回收、木素利用等方面的困难,形成资源浪费和环境污染严重等问题。论文利用硅钼蓝分光光度法对稻草原料在烧碱法蒸煮过程中,硅溶出规律进行研究,探讨了蒸煮过程中脱硅反应历程及反应动力学,为合理解决稻草制浆问题,提供了理论基础。研究结果: 首先,借鉴钢铁中测硅含量的方法——硅钼蓝分光光度法,根据原料及黑液特性适当调整后利用硅钼蓝分光光度法测量硅含量,其最大吸收峰在813nm处,硅试样的硅钼蓝吸光度与硅含量具有较好的线性关系,作为测量标准曲线,来准确测定试样中硅含量。黑液中其它组分对硅钼蓝法测定硅含量没有影响。与重量法相比,硅钼蓝法测量结果准确,满足实验需要。 其次,研究发现pH值对二氧化硅溶解度的影响很大。pH10.3是硅溶解度的突变点,当pH值大于10.3时,硅的溶解度迅速增加。 第三、稻草原料采用Na_2CO_3、NaHCO_3缓冲溶液或NaOH溶液蒸煮时,随着碱性的提高和蒸煮时间的延长,有机物的溶出和硅的脱除率也相应增加,硅溶出过程经历:“快速溶出——吸附——再部分溶出”的过程。蒸煮液的pH值在蒸煮过程中,随着蒸煮时间延长而逐步下降。 第四、稻草烧碱法蒸煮脱硅反应历程分为两个阶段:碱浓:1MNaOH,液比:1:20时,从15℃慢升温40分钟至70℃,是大量脱木素初期,为脱硅反应的主要脱硅阶段,硅脱除率达99%,脱木素率为47.9%,90℃—155℃升温阶段为残余硅脱除阶段,硅的脱除率低于1%。 第五、稻草烧碱法大液比等温蒸煮动力学研究显示:稻草原料中硅的活化能是42226.8J/mol,比木素的活化能低7286J/mol。在蒸煮温度70℃时,脱硅反应速率常数是脱木素反应速率常数的3.78倍。从理论上证明稻草原料在烧碱法蒸煮过程中,硅比木素更易溶出,合理工艺条件有利于分级除硅。


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