過渡金屬離子對(duì)紙漿氧脫木素的影響及其控制.pdf

1、氧脫木素是當(dāng)今國(guó)際上廣泛采用的紙漿無污染漂白方式。但其反應(yīng)選擇性差，即當(dāng)脫木素率超過50％時(shí)，纖維素會(huì)嚴(yán)重降解。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)過程中通常把脫木素率控制在30-40%。影響氧脫木素選擇性的一個(gè)主要因素是紙漿中的過渡金屬離子。在氧脫木素過程中，過渡金屬離子會(huì)促進(jìn)紙漿中的碳水化合物的降解，降低反應(yīng)選擇性。為了保護(hù)碳水化合物，提高選擇性，最有效的方式是在紙漿中加入硫酸鎂。然而硫酸鎂作為碳水化合物保護(hù)劑的作用機(jī)制仍然存在很多爭(zhēng)議，因此氧脫

2、木素纖維素保護(hù)劑的研究難以得到突破性的進(jìn)展。為了提高氧脫木素的反應(yīng)選擇性和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，本論文從過渡金屬離子對(duì)氧脫木素的危害出發(fā)，探討了過渡金屬離子的含量、種類對(duì)木素脫除和纖維素降解的影響及硫酸鎂作為碳水化合物的保護(hù)機(jī)制，旨在控制過渡金屬離子的危害，并根據(jù)硫酸鎂的作用機(jī)制，開發(fā)新型高效氧脫木素保護(hù)劑。
　　論文通過在紙漿中添加不同種類和含量的過渡金屬離子、螯合酸洗去除過渡金屬離子，再進(jìn)行氧脫木素的方式?？疾炝诉^渡金屬離子對(duì)氧脫木素后

3、紙漿的黏度、卡伯值、廢液的殘堿、溶解木素的影響。研究結(jié)果表明，氧脫木素過程中，不管是否存在硫酸鎂助劑，過渡金屬離子不影響紙漿中木素的脫除。過渡金屬離子會(huì)促進(jìn)紙漿纖維素的降解，降低紙漿的黏度。幾種過渡金屬離子對(duì)黏度的下降作用從大到小依次為Mn2+>Fe2+>Cu2+>Fe3+。添加硫酸鎂可以有效保護(hù)紙漿中纖維素，減少氧脫木素后紙漿黏度的下降。當(dāng)Mn2+、Fe2+、Cu2+的含量為100mg/kg、200mg/kg和50mg/kg左右時(shí)，添

4、加硫酸鎂對(duì)纖維素的保護(hù)作用最顯著。螯合酸洗去除大部分過渡金屬離子后，能夠有效減少纖維素的降解，提高氧脫木素選擇性。螯合酸洗后，添加硫酸鎂對(duì)于減少纖維素的降解仍然有作用。硫酸鎂作為碳水化合物保護(hù)劑的作用機(jī)制除了在堿性條件下產(chǎn)生的氫氧化鎂吸附過渡金屬離子之外，還有通過與氧化纖維素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物從而阻斷纖維素的降解。
　　論文采用了三種不同的氫氧化鎂的引入方式（ Mg2++NaOH、NaOH+Mg2+和NaOH+Mg(O H)2）產(chǎn)生

5、不同粒徑的氫氧化鎂，研究了氫氧化鎂的粒徑對(duì)纖維素的保護(hù)效率的影響，并探討了在紙漿纖維中原位合成氫氧化鎂對(duì)氧脫木素的影響。結(jié)果表明在氧脫木素過程中，先加硫酸鎂再加氫氧化鈉的方式產(chǎn)生的氫氧化鎂顆粒粒徑最小，平均粒徑為850nm。氫氧化鎂的粒徑越小，對(duì)纖維素的保護(hù)效果越好。在過渡金屬離子存在下，減小氫氧化鎂的粒徑能夠大大提高鎂鹽對(duì)纖維素的保護(hù)作用。當(dāng)氫氧化鎂的粒徑從2953nm減小到850 nm時(shí)，在800 mg/k g的 Fe3+添加量下，

6、黏度從673mL/g提高到了886mL/g。在200 mg/k g的Fe2+添加量下，黏度從615 mL/g提高到了784 mL/g。在100 mg/k g的M n2+添加量下，黏度從627 mL/g提高到了775 mL/g。硫酸鎂在紙漿纖維表面和細(xì)胞腔內(nèi)充分分布后，可以使鎂鹽的保護(hù)效率提高。對(duì)于卡伯值為34.3的輻射松硫酸鹽漿，硫酸鎂在紙漿中充分分布后，黏度從726mL/g提高到941 mL/g，而未充分分布時(shí)僅僅提高到896mL/g

7、。
　　論文采用竹漿粕作為纖維素模型物，在氧脫木素條件下反應(yīng)，考察了反應(yīng)前后纖維素的聚合度、分子量的變化和廢液中葡萄糖的含量的變化，以探討氧脫木素過程中纖維素降解的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，在氧脫木素過程中，無論酚型木素是否存在，纖維素都會(huì)降解，并且過渡金屬離子都會(huì)促進(jìn)纖維素的降解，添加硫酸鎂能夠有效減少纖維素的降解。過渡金屬離子會(huì)促進(jìn)大分子量的纖維素降解成小分子量的纖維素，使小分子纖維素的含量增加，多分散系數(shù)（P DI）變大，纖維素的

8、分子量分布變寬。而添加硫酸鎂，能夠減少大分子量的纖維素鏈斷裂，因此隨著氧脫木素反應(yīng)的進(jìn)行，纖維素的P DI逐漸減小，纖維素的分子量分布變窄。
　　論文選取幾種過渡金屬離子控制劑，探討其在氧脫木素過程中的應(yīng)用，通過對(duì)反應(yīng)后紙漿的卡伯值和黏度進(jìn)行分析，探索適用于氧脫木素的金屬離子控制劑，結(jié)果表明，在氧脫木素過程中，添加Al2(SO4)3、DTPA、HEDP、CDTA和EDTA和APAM，對(duì)于過渡金屬離子的控制效果不是很好。一種聚糖類助