過渡金屬離子對紙漿氧脫木素的影響及其控制.pdf

1、氧脫木素是當(dāng)今國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，纖維素會嚴(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)品競爭力，本論文從過渡金屬離子對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。考察了過渡金屬離子對氧脫木素后

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，添

4、加硫酸鎂對纖維素的保護(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，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，纖維素都會降解，并且過渡金屬離子都會促進(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，對于過渡金屬離子的控制效果不是很好。一種聚糖類助