在酸性条件下H2O2预处理以改善机械浆的H2O2漂白

・制浆技术・
在酸性条件下H2O2预处理以
改善机械浆的H2O2漂白
劳嘉葆
西北轻工业学院　(712081)
过氧化氢是常用于改善机械浆白度的化学品,但在典型的H2O2漂白条件下,H2O2不可避免地分解,特别是在有过渡金属离子存在的情况下更严重。

H2O2分解不仅导致可用于漂白的H2O2损失,而且在H2O2分解过程中会生成新的发色团。

在纸浆漂白中,锰是催化H2O2分解时最有害的物质。

为改善H2O2漂白有许多选择,例如在碱性H2O2漂白段之前,用酸性H2O2预处理可使H2O2的消耗大大减少,较高的残余H2O2能改善漂白的选择性。

在漂白机械浆时,包括一个酸性H2O2段和一个碱性H2O2段的漂白顺序,比普通H2O2漂白方法能得到更高的纸浆白度。

解释为:酸性条件下H2O2分解生成游离基,这些游离基可以使纸浆中的发色团在随后的碱性H2O2漂白中更易于漂白。

不同氧化态的锰在H2O2漂白条件下催化H2O2分解有不同的反应性。

在Mn(+Ⅱ)系统中加入硅酸钠和硫酸镁,在减少H2O2分解方面比将它们加到一个Mn(+Ⅲ)系统中更有效。

虽然H2O2通常是氧化剂,但在酸性条件下它可能是一个还原剂。

例如在用H2O2的ClO2生产方法中,H2O2还原的氯酸盐产生出ClO2,它本身氧化成氧。

因此,通过酸性条件下H2O2漂白方法改善漂白性能,可能部分原因是由于高价锰被酸性条件下的H2O2还原成它的低氧化态,从而在以后的碱性H2O2段使H2O2分解较少。

在不同p H值用Mn(Ⅲ)醋酸盐进行H2O2还原Mn(Ⅲ)或Mn(Ⅱ)的反应,基于反应时H2O2的消耗和Mn(Ⅲ)的初始量,可以确定Mn(Ⅲ)和H2O2之间的化学计算为2∶1,反应如下:
2Mn3++H2O2→2Mn2++O2↑+2H+
收稿日期:2001-12-23表1　Mn(Ⅲ)的还原及加入硅酸钠和硫酸镁对有纸浆纤维存在下H2O2稳定性的影响
实验号说 明残余H2O2/g・L-1 1Mn(Ⅱ)+(Mg2+SiO32-+NaOH)→H2O20.51 70℃,60min
2Mn(Ⅲ)醋酸盐+(Mg2++SiO32-+NaOH)→H2O20.15 70℃,60min
3Mn(Ⅲ)由Mn(Ⅱ)制得+(Mg2+SiO32-+NaOH)→H2O20.31 70℃,60min
4Mn(Ⅲ)醋酸盐→p H值3+H2O2室温0.42 10min→(Mg2+SiO32-+NaOH),70℃,60min
5Mn(Ⅲ)由Mn(Ⅱ)制得→p H值3+H2O2,室温0.51 10min→(Mg2+SiO32-+NaOH),70℃,60min
注:0.0003%锰,0.03%硫酸镁,0.25%硅酸钠,0.06%NaOH,1g/L初始H2O2
表1中的1#实验中,0.03%硫酸镁,0.25%硅酸钠和0.06%NaOH先在玻璃瓶中混合,然后加入到含有0.0003%Mn(Ⅱ)的烧瓶中。

溶液的p H值增大到11.8,加入H2O2使初始浓度为1g/L,初始p H值为11.6,烧瓶中内容物达70℃,保持60min,残余H2O2是0.51g/L。

3#实验中Mn(Ⅲ)是由Mn(Ⅱ)通过H2O2和空气在p H值11条件下制得的,残余H2O2为0.31g/L这证明了:加稳定剂到含Mn(Ⅲ)的系统中,在稳定碱性H2O2溶液方面不如加到含Mn(Ⅱ)的系统中有效。

在4#实验中,相当于1g/L H2O2加入到含0.0003%Mn(Ⅲ)醋酸盐的烧瓶中(控制p H值在3),使Mn(Ⅲ)还原成Mn(Ⅱ),这一试验结果的残余H2O2浓度为0.42g/L,和2#比较,可得出结论:Mn (Ⅲ)被H2O2还原,使H2O2的消耗大大减少。

5#和4#是以相同方式进行的实验,只是Mn(Ⅲ)是由Mn(Ⅱ)而不是由Mn(Ⅲ)醋酸盐制得。

高价锰还原成低价锰,降低了它分解H2O2的催化能力,因为
—
5
1
—
在酸性条件下H2O2预处理以改善机械浆的H2O2漂白
残余H 2O 2浓度在5#和1#相等而比3#的高得多。

若系统中加入纸浆纤维(如漂白SP ),纸浆纤维的
存在并不改变上述结果。

即使锰开始以Mn (Ⅲ
)存在于纸浆中,在酸性条件下,H 2O 2也可以将它还原成
Mn (Ⅱ
),随后加入硫酸镁和硅酸钠时,H 2O 2分解量减少,因此能改善H 2O 2漂白效率。

上述概念应用于工厂螯合的TMP 浆,第一组实验中,酸性H 2O 2处理是在60℃、10min 、3%浆浓、加0.2%H 2O 2和p H 值为3的条件下,作为一独立段进行的。

10min 后,纸浆悬浮液过滤和压榨至13%浓度,
表2　酸性H 2O 2预处理作为一个独立段改善H 2O 2漂白
过程叙述白度
/%ISO 残余H 2O 2/%对浆
控制试验
75.3
1.23%预处理浓度
在预处理段0.2%H 2O 276.3 2.7在预处理段0.5%H 2O 276.1 2.5在预处理段1.0%H 2O 2
75.8 2.215%预处理浓度在预处理段0.2%H 2O 275.9 1.7在预处理段0.5%H 2O 276.1 1.5在预处理段1.0%H 2O 2
76.2
1.7
然后加入含有 4.8%H 2O 2、0.05%MgSO 4、3.0%
Na 2SiO 3的漂白液到上述纸浆悬浮液中(即在酸性条件下用H 2O 2预处理过的)继续H 2O 2漂白。

漂白条件为:70℃、12%浆浓和60min ,得到的纸浆白度为76.3%ISO ,残余H 2O 2是2.7%(对浆)见表2。

表2中的控制试验是不进行酸性H 2O 2预处理直接进行H 2O 2漂白的,得到的纸浆白度为75.3%,残余H 2O 2为1.2%。

表中比较再次充分证明在酸性条件
下用H 2O 2预处理改善了H 2O 2漂白效率(白度增高和H 2O 2消耗减少)。

从表中还看出,预处理时H 2O 2用量加大,反而导致白度和残余H 2O 2稍为降低,这是由于预处理时H 2O 2用量大时,预处理液的滤液含更多的H 2O 2,这部分H 2O 2对于H 2O 2漂白段不能应用,亦即用于漂白的H 2O 2量就少了。

综上所述,可以得出结论:在酸性条件下,H 2O 2可
以将高价态的锰Mn (Ⅲ
)还原成低价态锰Mn (Ⅱ)。

加入普通的稳定剂(例如硫酸镁和硅酸钠)可以减少漂白时H 2O 2的消耗。

这种概念用于TMP 的漂白可以改善漂白性能,即白度增高和H 2O 2的消耗减少。

Peroxide Pre -treatment U nder Acidic Conditions to Improve Peroxide B leaching of Mechanical Pulps
Lao Jiabao
(N ortheast Instit ute of L ight Indust ry ,712081)
・信息・
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道纯化工推出新型施胶剂
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(河南省道纯化工技术有限公司)
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61—　2002年　第1期 《黑　龙　江　造　纸》 。