三倍体毛白杨硫酸盐浆电化学介体催化脱木素和漂白及机理研究

【摘要】：纸浆含氯漂白产生的有毒的有机氯化物对环境具有极大的危害。发展无元素氯及全无氯漂白新工艺是实现纸浆漂白清洁生产的关键。电化学介体脱木素(E_M)是一种新型纸浆漂白方法。寻找高效催化电极和催化介体是建立该体系的关键，也是电化学漂白研究的重点和难点。本论文以三倍体毛白杨KP浆为原料，制备和筛选了高效电极和催化介体，建立了高效电化学介体脱木素体系，并对脱木素工艺及漂白和相关机理进行了研究，为其实际应用提供技术和理论依据。 电化学含氯漂白的研究表明：单段漂白的适宜工艺为：初始pH值8.0，温度40℃，电压3.5V，时间120min，NaCl3.5％，浆浓1％，在此条件下能将Kappa值为24.6的浆漂至70％ISO，Kappa值为13.4的浆漂至80％ISO，且废液可循环使用。当改为两段漂在NaCl用量相同情况下，也达到了相同白度。与传统CEH漂白相比，达到80％ISO时，电化学漂白可缩短时间且漂白废液CODcr含量较低。 电极材料需根据电极电位的高低及其催化性能的高低来选择。制备的Ti／SnSbO_x、Ti／SnSbO_x／MnO_2、Ti／RuTiO_x、Ti／SnSbO_x／Pt和Ti／SnSbO_x／PbO_2电极，具有相应的催化晶体或共溶体存在，涂层表面均匀、致密。Ti／SnSbO_x／PbO_2和Ti／SnSbO_x／Pt的阳极电位最高，Ti／RuTiO_x、石墨、不锈钢和Ti／SnSbO_x电极次之，Ti／SnSbO_x／MnO_2：电极电位最低。对紫脲酸(VIO)为介体的电化学脱木素体系，Ti／RuTiO_x电极效果最好，具有最高的催化活性。 合成了多种多金属氧酸盐(POM)，且均为Keggin型结构，具有传递电子的能力，氧化电势较高。Na_8[PMo_7V_5O_(40)](POM-5)和有机介体VIO是优良的电化学脱木素催化介体。 优化了电化学介体脱木素工艺。VIO为介体的电化学脱木素的最优工艺为：VIO1.8mmol／L，电压2.5V，时间5h，pH值4.5，温度50℃，Na_2SO_40.05mol·L~(-1)。后续碱处理，能进一步降低纸浆Kappa值，提高白度。E_ME处理使纸浆Kappa值由17.4降至7.8，木素脱除率为55.2％，粘度由1144cm~3·g~(-1)降至1032cm~3·g~(-1)，白度由39.2％ISO升至51.2％ISO。VIO为介体的E_M对不同Kappa值杨木KP浆和其它纤维原料纸浆均具有较好的脱木素效果。POM-5为介体的电化学脱木素较优工艺为：POM-52.5mmol·L~(-1)，电压2.5V，温度80℃，时间5h，pH值3.0，Na_2SO_40.1mol／L。电解液可循环使用。后续碱处理，能进一步降低纸浆Kappa值，提高白度。对高Kappa值杨木浆的最优工艺为：POM-54mmol·L~(-1)，时间5h，温度90℃，电压2.5V，pH值3.0。POM为介体的E_M对不同Kappa值杨木浆均具有较好的脱木素效果，E_ME处理后，木素脱除率高于40％，粘度损失小于15％。 进行了含电化学介体漂段(E_M)的ECF和TCF漂白的研究。VIO为介体的E_M