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竹子清洁制浆漂白及氧脱木素过程中含氧自由基的作用机理研究

曹石林  
【摘要】:随着我国国民经济的高速发展,纸及纸制品的需求量急剧增加,而我国造纸木材原料又极度短缺,这导致我国造纸工业巨大的原料缺口。另外,我国造纸工业的原料结构、规模结构和技术装备水平又使我国造纸工业污染状况较严重,环保压力越来越大。但是,另一方面,我国的竹类资源丰富,竹子制浆造纸性能良好。为了弥补木浆原料的不足,减轻制浆造纸对环境的污染,促进我国造纸工业的可持续发展,开发利用我国丰富的竹子资源具有重要的意义。本文进行了竹子深度脱木素蒸煮(Extended Modified Continuous Cooking,简称EMCC)和全无氯(Totally Chlorine Free,简称TCF)漂白,优化了竹子EMCC蒸煮和TCF漂白工艺,研究了氧脱木素过程中羟基自由基(HO·)和超氧阴离子自由基(O_(2·)~-)的表征与控制、竹子在EMCC蒸煮和氧脱木素过程中木素结构的变化、O_(2·)~-与木素和纤维素模型物的反应机理,为发展我国的竹浆产业提供理论依据和技术支持。 本文根据硫酸盐法深度脱木素技术的基本原理,进行竹子EMCC蒸煮实验,优化其蒸煮工艺条件,发展适合竹子的EMCC制浆技术,并把竹子EMCC蒸煮与常规硫酸盐法蒸煮进行了比较。研究结果表明,EMCC蒸煮通过蒸煮药液分段加入和置换逆流段蒸煮黑液的方式使整个蒸煮过程碱液浓度分布比较均匀,蒸煮后期木素降解溶出物浓度较低。同时采用较低的蒸煮最高温度,减少了碳水化合物的降解。因此,EMCC蒸煮具有较高的脱木素选择性。为了得到较低卡伯值的竹浆,在一定范围内提高逆流段置换温白液浓度比升高蒸煮最高温度有更好的脱木素选择性,能得到较高强度性能的竹浆。竹子EMCC蒸煮最佳工艺条件为:浸渍段和顺流段的总用碱量14%(Na_2O计),逆流段温白液浓度为30g/L(Na_2O计),硫化度为25%,液比为1:4,最高温度为160℃。用此最佳工艺条件进行竹子EMCC蒸煮,可得到卡伯值12.5、细浆得率44.8%和粘度1031g/mL的竹浆。与常规硫酸盐法(CK)竹浆相比,相近卡伯值的深度脱木素硫酸盐法(EK)竹浆具有较低的粗渣率,较高的细浆得率,较高的粘度和强度性能。在相同的打浆度下,EK浆的抗张指数、撕裂指数和耐破指数都比常规硫酸盐法竹浆高。 进行EMCC竹浆氧脱木素,优化了氧脱木素工艺,得到EMCC竹浆最佳氧脱木素工艺条件为:用碱量3%,温度90℃,反应时间80min,氧压0.5MPa,MgSO_4用量0.5%。在相同的氧脱木素工艺条件下,EK浆比CK浆具有较好的氧脱木素效果和较高的氧脱木素选择性。 针对氧脱木素过程中HO·的控制问题,用改进的Fenton反应Co~(2+)-H_2O_2体系产生HO·,用茜素紫3B的氧化来显色测定HO·,将Co~(2+)-H_2O_2体系与深度脱木素


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