燒堿-蒽醌麥草漿 DEP中濃漂白研究

王 倫 韓 卿

(陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021)

燒堿-蒽醌麥草漿 DEP中濃漂白研究

王 倫 韓 卿

(陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021)

研究了燒堿-蒽醌麥草漿DEP中濃漂白過程中相關因素對漂白漿質量性能的影響,重點對 D段和 P段漂白過程的主要工藝參數進行了優化。結果表明,麥草漿進行D段漂白的適宜工藝參數為:ClO2用量 1.2%,反應時間 120 min,反應溫度 85℃,初始 pH值 2.5;P段漂白適宜工藝參數為:H2O2用量 2.5%,反應時間 120 min,反應溫度 85℃,初始 pH值 10.4。通過對比麥草漿DEP與 CEH漂白效果得出,DEP漂白漿在白度及其穩定性、物理強度方面都具有一定的優勢。

麥草漿;ClO2;H2O2;DEP中濃漂白

傳統的 CEH三段漂白技術雖然可以用于生產一般文化用紙的麥草漿,但是,漂白過程會產生大量AOX,對環境造成污染。目前,針對木材原料的無元素氯 (ECF)漂白或全無氯 (TCF)漂白技術已有幾十年的歷史,具有良好的環境效益,但國內外關于麥草漿 ECF漂白工程實踐的報道還比較少[1]。本實驗研究了麥草漿的 DEP中濃短序漂白工藝,確定了ClO2漂段和 H2O2漂段中最佳漂劑用量、漂白溫度、漂白時間和漂白初始 pH值等,并與傳統 CEH漂白得到的紙漿進行了對比。

1 實 驗

1.1 實驗原料

麥草:取自陜西某造紙有限公司,原料切成 20～30 mm長度,在室溫下測定水分為 8.1%,備用。

C lO2漂液:實驗室自制,濃度的標定采用衛生部《消毒技術規范》(2008版)中五步碘量法。

H2O2漂液:濃度為 30%。

1.2 蒸煮工藝條件

采用水浴電熱回轉蒸煮鍋。工藝條件:用堿量14.5%,蒽醌用量 0.1%,液比 1∶5,最高蒸煮溫度165℃,升溫時間 90 min(空轉 15 min后計時),保溫時間 60 min。蒸煮結果:未漂漿白度 36.1%,打漿度 22°SR,卡伯值 16.8,粗渣率 3.9%。

1.3 漂白方法

C lO2漂白 (D)、H2O2漂白 (P)均在聚乙烯塑料袋中進行。將 10 g絕干漿和已配制好的漂液放入塑料袋中混合均勻,調節 pH值后通過恒溫水浴進行恒溫漂白,每隔 15 min輕揉塑料袋,使漿樣與漂液混合均勻,至規定時間后取出洗凈供分析用。

堿抽提段 (E):紙漿濃度 10%,NaOH用量2.0%～2.5% (根據 D段有效氯用量作適當調整),溫度 60℃,時間 60 min。

1.4 分析與檢測

紙漿的白度、返黃值、卡伯值均按照國家標準進行測定,漂白漿采用 PFI磨打漿后,在標準紙頁成形器上抄片,定量為 60 g/m2,然后按照國家標準方法測定紙張物理強度[2]。

2 結果與討論

2.1 D段漂白過程工藝參數的優化

2.1.1 ClO2用量對漂白漿質量性能的影響

C lO2用量對漂白漿質量性能的影響見表1。

表1 C lO2用量對漂白結果的影響

從表1可見,C lO2用量從 0.6%增加到 1.2%時,紙漿白度增加非常明顯,從 37.9%上升到 46.8%,紙漿卡伯值也由 10.7降低到 8.2,表明在低 C lO2用量這一區間內,C lO2脫木素效果呈線性增加趨勢,脫木素效果顯著。當 ClO2用量從 1.2%增加到 1.6%時,紙漿白度只增加了 0.2個百分點,而紙漿得率卻由 85.9%下降到 82.7%,表明在高用量這一區間內ClO2脫木素效果已經顯著降低,此時靠增加 C lO2用量來提高脫木素效果并不明顯。由此推論,C lO2脫木素并不需要很高的 C lO2用量,過量的 ClO2對脫木素作用是無效的,反而會降低紙漿的得率,綜合考慮脫木素效率和生產成本,確定最佳 C lO2用量為 1.2%。

2.1.2 漂白時間和溫度對漂白漿質量性能的影響

漂白時間對漂白結果的影響見表2。

表2 漂白時間對漂白結果的影響

漂白過程時間和溫度是兩個相互制約的因素。從表2中可見,紙漿白度在 120 min時達到最高,為52.0%,相應卡伯值下降到 8.0,得率為 89.4。此后再延長漂白時間,紙漿白度和卡伯值幾乎沒有變化,得率卻下降到 86.6%?？梢娒撃舅芈什⒉皇请S著時間的增加一直升高,可能是隨著時間的延長,漂白終點 pH值升高,制約了 ClO2與木素的反應所致。Mc-Donough等人[3]研究指出,在 D段應當盡量縮短反應時間,并提出經 D0E漂后在后續漂段接近 95%的脫木素反應可以在 1 min內完成。

漂白溫度對漂白結果的影響見表3。

表3 漂白溫度對漂白結果的影響

從表3可見,隨著反應溫度的升高,紙漿的白度呈現出先上升后下降的趨勢,85℃時白度最高,為48.1%,返黃值 0.34,得率 91.9%,卡伯值 8.5。溫度過高反而不利于 ClO2脫木素,可能是因為在過高的溫度下,ClO2氣體的逸出速度加劇,來不及反應的 ClO2氣體損失增加所致[4]。所以反應體系應該密閉,以防止 ClO2氣體逸出。

綜合考慮脫木素效率和生產成本,確定最佳反應時間為 120 min,最佳反應溫度為 85℃。

2.1.3 初始 pH值對漂白漿質量性能的影響

初始 pH值對漂白結果的影響見表4。

表4 漂白初始 pH值對漂白結果的影響

本實驗通過調整不同漂白初始 pH值來考察 pH值對 ClO2脫木素效果的影響。從表4可見,隨著初始 pH值從 1.0升高到 3.0,漂白后紙漿白度呈現先上升后下降的趨勢,當初始 pH值為 2.5時,紙漿白度達到最大,為 47.5%,卡伯值為 8.4,終點 pH值為4.5。

值得注意的是,隨著反應的進行,體系的 pH值逐漸升高,而且初始 pH值越高,漂白終點 pH值升高越明顯,例如初始 pH值為 1.0時,終止 pH值為1.5,當初始 pH值為 3.0時,終止 pH值卻升高到6.4,這與木漿的 ClO2脫木素規律剛好相反。原因可能是[4],麥草漿纖維較細小、易水化、濾水性差,堿法蒸煮后漿料不易洗干凈,經洗滌、篩選后的漿料纖維內還保留相對較多的殘堿,在 ClO2脫木素過程中這些殘堿逐步釋出,致使 ClO2漂段 pH值升高。綜合考慮 C lO2脫木素效率,確定漂白初始 pH值為2.5。

2.2 P段漂白工藝的優化

麥草漿通過以上優化后的 D段漂白,再經 E段堿抽提后白度為 60.1%,卡伯值為 6.8,用去離子水洗滌后,進行 H2O2漂白。

2.2.1 H2O2用量對漂白漿質量性能的影響

H2O2用量對漂白結果的影響見表5。由表5可見,隨著 H2O2用量從 1.0%增加到 3.0%,紙漿的白度呈現先上升后下降的趨勢,當 H2O2用量為 2.5%時,紙漿白度達到最高,為 77.3%,紙漿得率和卡伯值均隨著 H2O2用量的增加逐漸下降。這可能的原因是[5],在 H2O2用量較低時,隨著 H2O2用量的增加,所產生的活性基團 HOO-濃度增高,對紙漿漂白有明顯的貢獻。但是繼續增加 H2O2用量時,大量的HOO-、HO·等活性基團在作用于木素結構單元和發色基團的同時,也與 HO-一起作用于碳水化合物,導致其氧化降解,H2O2用量越多,碳水化合物降解越嚴重,表現為紙漿得率下降。因此,H2O2用量以2.5%為佳。

表5 H2O2用量對漂白結果的影響

2.2.2 漂白時間對漂白漿質量性能的影響

漂白時間對漂白結果的影響見表6。

從表6可以看出,隨著反應時間的延長,紙漿卡伯值呈逐漸降低的趨勢,在 120 min之前降幅較明顯,繼續延長反應時間,脫木素速率有所降低。白度隨反應時間的延長而增加,在 60～120 min之間增幅較大,120 min以后白度幾乎不再增加,得率隨反應時間的延長而降低,但損失程度并不明顯。值得注意的是,隨著反應時間的延長,漂白體系的終點 pH值降低比較明顯,120 min后漂白體系的 pH值降低到 9以下,會影響殘余 H2O2的濃度,增加漂白廢液的污染負荷。綜合考慮白度增值和漂白效率等因素,反應時間以 120 min為宜。

表6 漂白時間對漂白結果的影響

2.2.3 漂白溫度對漂白漿質量性能的影響漂白溫度對漂白結果的影響見表7。

表7 漂白溫度對漂白結果的影響

從表7可以看出,隨著反應溫度的升高,紙漿卡伯值呈逐漸降低的趨勢,在 70～85℃之間脫木素速率不斷增加,繼續提高溫度,脫木素速率有所降低,白度隨溫度的升高而增加,但在 85℃以后增幅變小,漂白終點 pH值隨漂白溫度的升高下降明顯。綜合考慮白度增值和蒸汽能耗等因素,反應溫度采用 85℃較為宜。

2.2.4 漂白初始 pH值對漂白漿質量性能的影響

一般認為,H2O2漂白過程中起漂白作用的是 OOH-,為了便于OOH-的生成,反應須在堿性條件下進行,較高的 pH值有利于平衡朝著

OOH-生成的方向移動,但是當反應體系中 OOH-高于 0.03 mmol/L時,H2O2的無效分解反應即開始發生,因此 H2O2漂白過程中控制體系 pH值是必要的,以保證漂白過程中OOH-的需要濃度,同時盡量減少H2O2無效分解反應的發生。本實驗分析了不同初始pH值對 H2O2漂白效果的影響 (見表8),從表8可以看出,隨著漂白初始 pH值的升高,紙漿的白度和返黃值均呈現先上升后下降的趨勢,當初始 pH值為10.4時,紙漿白度達到最高,為 79.3%,紙漿卡伯值和得率受初始 pH值變化影響較小,所以反應初始pH值采用 10.4較為適宜。

表8 漂白初始 pH值對漂白結果的影響

3 DEP漂白漿與 CEH漂白漿對比

表9為麥草DEP漂白漿與 CEH漂白漿物理性能的對比。從表9可以看出,與 CEH漂白漿相比,經DEP漂白后的麥草漿的各項指標都有較高的值,所以麥草DEP漂白漿能夠保持較好的物理強度,可以滿足抄造一般文化用紙的要求。

表9 麥草DEP漂白漿與 CEH漂白漿指標對比

4 結 論

4.1 燒堿-蒽醌法麥草漿 C lO2漂白段優化工藝參數:ClO2用量 1.2%,反應時間 120 min,反應溫度 85℃,初始 pH值 2.5,漂后紙漿白度達 52.0%。

4.2 燒堿-蒽醌法麥草漿 H2O2漂白段優化工藝參數:H2O2用量 2.5%,反應時間 120 min,反應溫度85℃,初始 pH值 10.4,漂后紙漿白度達 79.3%。

4.3 麥草DEP漂白漿能夠保持較好的抗張指數、撕裂指數、耐破指數等物理指標,可以滿足抄造一般文化用紙的要求。

[1] 李 軍,李 焜,吳繪敏,等.麥草漿 OQPO清潔漂白生產實踐[J].中國造紙,2009,28(6):38.

[2] 石淑蘭,何福望.制漿造紙分析與檢測[M].北京:中國輕工業出版社,2003.

[3] McDonough TJ,Courchene C E,BaromesJ C.RapidD0 and simplified bleaching for low capital,low AOX,and low chemical[C]//Proceedings of International Pulp Bleaching Conference,Halifax,2000.

[4] 趙德清,陳克復,徐 峻,等.麥草漿二氧化氯脫木素效率及紙漿 FT-IR分析[J].紙和造紙,2009,28(7):21.

[5] 閆德勇,劉朋友.AS-AQ麥草漿氧脫木素后的 H2O2漂白 [J].中華紙業,2008(12):38.

Bleach ing ofW heat Straw NaOH-AQ Pulp with DEP Short Sequence

WANG Lun＊HAN Qing
(College of PaperM aking Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Xi'an,Shaanxi Province,710021)

The influencing factorsofDEPmid-consistency bleaching ofwheat straw NaOH-AQ pulp were studied.The results showed that the optimal conditions of chlorine dioxide bleaching are as follows:chlorine dioxide charge 1.2%,reaction time 120 min,temperature 85℃,initial pH value 2.5;The optimal conditionsof hydrogen peroxide bleaching are as follows:hydrogen peroxide charge 2.5%,reaction time 120 min,temperature 85℃,initial pH value 10.4.Comparing the DEP bleached wheat straw pulp with the CEH bleached wheat straw pulp,DEP bleaching is superior in brightness improvement and brightness stability of the pulp and strength upgrading of the paper.

wheat straw pulp;chlorine dioxide;hydrogen peroxide;DEP mid-consistency bleaching

TS745

A

0254-508X(2010)12-0006-04

王 倫先生,在讀碩士研究生;主要研究方向:清潔制漿造紙技術和化學品應用。

(＊E-mail:wanglun198410@163.com)

2010-07-23(修改稿)

(責任編輯:趙旸宇)