蔗渣浆ECF短序漂白流程的对比_李军何水淋李智徐峻莫立焕
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. 脱木素的选择性在工业上通常以黏度随卡
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伯值的变化来表示, 如果随着卡伯值的降低黏度下 降趋于缓和, 说明选择性较好, 反之较差. 由图 1 ( c ) ClO2 脱木素的选择性优 和图 1 ( d ) 可以明显看出, 于 Op 脱木素.
2. 2
D0 段与 Op 段主要化学品用量对纸浆 特性的影响
为进一步探讨 D0 段 ClO2 用量及 Op 段 NaOH
用量对后续漂白的影响, 对上述 D0 浆与 Op 浆分别 按照表 1 所 对 应 的 漂 白 流 程 进 行 后 续 漂 白, 其中 D 段ClO2 用量均为 1. 0% , 结果如表 2 所示. 由表 2 可见: 就白度而言, 在后续漂白化学品用 当 D0 段 量相同的条件下, 对于 D0 EpD 漂白流程, ClO2 用 量 为 0. 8% 时, 漂后浆的白度便可达到 85. 8% ISO; 而对 于 OpDEp 漂 白 流 程, Op 段 NaOH 用量为 1. 5% 时, 漂后浆的白度为 86. 9% ISO; 因此, 两种漂白流程均能实现高白度纸浆的要求 . 另外, 在 OpDEp 漂后浆 后续漂白化学品用量相同的条件下, 白度均高于 D0 EpD 漂后浆, 白度差值在2. 3 ~ 4. 5 个 百分点之间, 说明采用 Op 脱木素的 ECF 漂白流程 有助于提高纸浆白度. 与 OpDEp 相比, 不经后续 Ep 处理的 OpD 漂后浆白度仅在 75% ISO 左右, 相比前 者低了约 12 个百分点, 表明 Ep 处理也具有显著的 白度提升作用, 这是因为 ClO2 漂白时会产生大量的 低相对分子质量的氧化降解木素, 但只有部分降解 木素能在酸性环境中溶解并通过洗涤而被清除 , 还 有一部分降解木素虽不溶于酸性溶液但能溶于碱性 溶液中, 如苯酚和羧酸在碱性溶液中以钠盐形式溶出;
第 42 卷 第 2 期 2014 年 2 月
华南理工大学学报( 自然科学版) Journal of South China University of Technology ( Natural Science Edition)
Vol. 42 No. 2 February 2014
文章编号: 1000-565X ( 2014 ) 02-0014-07
[17 ] 大, 因此纸浆的黏度会有所增大 . Op 浆的黏度则 随 NaOH 用量的增加而逐渐下降( 图 1 ( d) ) , 这是因 为 Op 脱木素的选择性较差, 其脱木素过程中生成
的自由基不仅能降解木素分子, 也能使纤维素发生 , 分解 羟基自由基则是引起碳水化合物降解的主要 原因
[18 ]
高纸浆的白度, 以满足生产需要. 不同 ClO2 用量下 的 D0 浆及不同 NaOH 用量下的 Op 脱木素浆的白 度、 黏度、 卡伯值及脱木素率如图 1 所示. ClO2 的用量对 ClO2 脱木素率的影 由图 1 可见, 响较大, 而对白度的提升作用较小; 当 ClO2 用量从 0. 6% 增加至 0. 8% 时, D0 浆的脱木素率从 30. 64%
; 另外一种是有氧脱木素的 ODEp ( Ep 为过
[12 ]
氧化氢强化碱抽提 ) 短序漂白流程
. 文中对比研
的发展, 因此研究无 / 少污染的清洁漂白技术非常关 键
[ 35 ]
OpD3 种 ECF 短序漂白流程 究了 D0 EpD 和 OpDEp、 的特点, 分析了蔗渣浆 ClO2 脱木素与 Op 脱木素的 效果, 以及不同漂白流程产生的可吸附有机卤化物 ( AOX) 的情况, 并分析比较了漂白用化学品的直接 成本, 以期为蔗渣浆清洁漂白工程设计和项目改造 提供一定的参考.
[1011 ]
原料. 目前我国大部分的蔗渣浆厂用的漂白方法仍为 传统的氯化( C) - 碱抽提( E) - 次氯酸盐( H) 三段漂 白, 不仅漂后浆的强度损失大, 而且漂白废水污染负 荷重, 含有大量难以处理的、 有毒有害的可吸附有机
[ 2 ] 卤化物 ( AOX ) , 在危害坏境的同时制约了蔗渣浆
表1 Table1
漂白流程 漂白段 D0 D0 EpD Ep D Op( 氧气压力 0. 5 MPa) OpDEp D Ep Op OpD D 65 60 1 ) 化学品用量以质量分数计, 以纸浆的绝干质量为基准.
不同 ECF 漂白流程的工艺条件
化学品用量1 ) 0. 8% , 1. 0% , 1. 2% ClO2 : 0. 6% , NaOH: 2. 0% ; H2 O2 : 0. 5% 0. 6% , 0. 8% , 1. 0% , 1. 2% ClO2 : 0. 4% , MgSO4 : 0. 5% NaOH: 1. 5% , 2. 0% , 2. 5% , 3. 0% ; H2 O2 : 0. 5% , 0. 6% , 0. 8% , 1. 0% , 1. 2% ClO2 : 0. 4% , NaOH: 2. 0% ; H2 O2 : 0. 5% 同 OpDEp 流程的 Op 段 ClO2 : 1. 0% ~ 3. 0%
第2 期
李军 等: 蔗渣浆 ECF 短序漂白流程的对比
15
1
1. 1
实验
原料与试剂
蔗渣浆由广西某浆厂提供, 未漂浆的卡伯值为
1. 2
漂白实验
Op 处理在大连通产高压釜容器制造有限公司
生产的带有搅拌器的 FYXD 型高压釜中进行; ClO2 Ep 处理均在聚乙烯密封袋中进行, 漂白、 采用上海 一恒科学仪器有限公司生产的 HWS26 型恒温水浴 锅调节温度, 每隔 15 min 揉搓浆料, 使化学品与浆混 合均匀, 待到规定的时间后取出洗净. 各段漂白工艺 条件如表 1 所示.
* 蔗渣浆 ECF 短序漂白流程的对比 李军 何水淋 李智 徐峻
莫立焕
( 华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室,广东 广州 510640 )
OpDEp 及 OpD 进行了对 要: 对典型的蔗渣浆无元素氯( ECF) 短序漂白流程 D0 EpD、 比, 探讨了二氧化氯脱木素( D0 ) 与过氧化氢强化氧脱木素 ( Op ) 的脱木素效率差异及对 摘 后续漂白的影响, 并分析了漂白过程中可吸附有机卤化物 ( AOX ) 的产生量和各漂白流程 ClO2 用量为 0. 8% 时脱木素率即达 的直接化学品成本. 结果表明: D0 段脱木素选择性好, 40% 以上, 且用量越高脱木素作用越强; Op 段在脱出 纸 浆中 残余 木素的 同 时 能大幅提升 OpDEp 漂后浆白 度 高 纸浆白度, 纸浆白度明显高于 D0 浆; 相同 后续漂白化学品用量 下, OpDEp 于 D0 EpD 漂后浆白度, 且比 OpD 漂后浆白 度约 高 12 个百 分 点; 相同纸 浆白 度下, 漂白过程中产生的可吸附有机卤化物 总量约为 D0 EpD 的 50% , 其直接化学品成本比后者 低约 40. 00 元 / t, 具有更好的环境、 经济效益. 关键词: 蔗渣浆; ECF 短序漂白; 二氧化氯脱木素; 过氧化氢强化氧脱木素; 可吸附有机 卤化物; 直接化学品成本 中图分类号: TS745 doi: 10. 3969 / j. issn. 1000565X. 2014. 02. 003
[14 ]
卡伯值按 GB / T 1546 —2004 进行测定; 白度按 GB / T 8940. 2 —2002 进 行 测 定; 黏 度 按 GB / T 1548 —2004 进行测定; 纸浆的抗张强度、 耐破度、 撕 GB / T 裂度等物理性能分别按 GB / T 12914 —2008 、 454 —2002 、 GB / T 455 —2002 进行分析测定; 废水中 AOX 的含量按 GB / T 15959 —1995 , 采用微库仑法, 利用德国耶拿公司生产的 Multi X2500 型总有机卤 素分析仪进行测定.
- 这是 在碱性条件下转变成氢过氧阴离子 ( HOO ) ,
2
2. 1
结果与讨论
蔗渣浆 D0 段与 Op 段脱木素效率的比较
ECF 漂 白 所 用 的 主 要 化 学 品 是 ClO2 , 其用于
[1314 ] , 第一段漂白和氧脱木素的作用类似 主要是为 , 脱除浆中的残余木素 而用于漂白段主要是为了提
Process conditions of different ECF bleaching sequences
温度 / ℃ 65 70 85 90 ~ 100 65 90 ~ 100 90 ~ 100 时间 / min 60 90 120 60 60 150 60
1. 3
检测与分析
上升至 40. 24% , 继续提高 ClO2 用量至 1. 2% , 脱木 素率提高至 46. 51% ; 随着脱木素率的提高, 漂后纸 ClO2 用 浆的白度也呈逐渐上升趋势, 但增幅不大, 量为 1. 2% 时, 漂后浆白度为 58. 3% ISO, 相比空白 样 52. 2% ISO 的白度提高了 6. 1 个百分点, 说明蔗 渣浆 D0 段的主要作用是进一步脱除浆中的残余木 素, 对提高纸浆白度的作用较小, 这与麦草浆 ClO2 脱木素的主要作用相似
蔗渣的灰分含量低于稻草、 麦草等其他非木材原 料, 其蒸煮黑液碱回收的硅干扰也低于其他非木材纤 维原料
[ 1 ]
而降低进入废水处理系统的废水总量及废水的污染
[ 89 ] . 负荷, 因此应用越来越广泛
, 是我国制浆造纸行业中十分重要的非木材
“环境倒逼机制推动产业转型升级 ” 的大背 在 景下, 广西蔗渣浆生产企业加快了传统 CEH 的升级 改造. 目前形成了两种具有代表性的漂白流程 : 一种 ED 短序漂白流 是以二氧化氯漂白 ( D ) 为主的 D0 程
. 氧脱木素( O) 作为蒸煮的继续, 可以用较低的
成本脱出纸浆中的残余木素, 降低后续漂白过程中的 化学品用量, 而且其废水的 CODcr 及 BOD5 含量高、 色 度深
[ 6-7 ]
, 可并入蒸煮黑液的碱回收系统一起处理, 从
收稿日期: 2013-07-19 * 基金项目: 国家 “973” 计划项目( 2010CB732205 ) ; 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室开放基金资助项目( 201356) ), mail: ppjunli@ scut. edu. cn 教授, 主要从事纸浆清洁漂白技术与装备研究 . E作者简介: 李军( 1972男, 博士, 通信作者: 徐峻( 1979), 助理研究员, 主要从事纸浆清洁生产技术与植物纤维功能化利用的研究 . Email: xujun@ 男, 博士, scut. edu. cn
9. 9 , 黏度 1 083. 5 mL / g, 白度 52. 2% ISO. O2 , 工业氧, 不做任何处理; ClO2 漂液, 实验室 自制, 质量浓度 10 ~ 15 g / L; NaOH, 分析纯, 广州化 分析纯, 学试剂厂生产; H2 O2 , 广州市东红化工厂生 产; 所有试剂均在使用前进行配制和浓度标定 .
一种强亲核剂, 能进攻木素不饱和结构及环氧乙烷 结构, 从而使纸浆白度提高, 白度的提高有助于进一 步提高后续漂白流程的白度
[15 ]
Op 脱木 . 总的来看,
素对白度的提升作用优于 ClO2 脱木素.
16
华 南 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 42 卷
D0 浆的黏度均比 从纸浆的黏度变化情况来看, 原浆黏度高 ( 图 1 ( c) ) , 这主要与 ClO2 良好的选择 性脱木素能力有关. ClO2 脱木素过程中, 对碳水化 合物的破坏作用较小, 并且漂白过程中产生的黏糠 酸单甲脂及其内脂会进一步降解成二元酸的碎片 , 这些降解反应增加了残余木素的水溶性和碱溶性木 [16 ] 素碎片的溶出 , 使纤维素分子链的平均长度增
.
1 ( d) , Op 脱木 综合图 1 ( b) 、 从脱木素率来看, 素和 D0 脱木素相似, 随着化学品用量的增加脱木素 NaOH 用量从 1. 5% 增加到 3. 0% , Op 率逐渐提高, 脱木素的脱木素率从 32. 86% 提高到 37. 61% , 提高 Op 脱木素与 了 4. 75 个百分点. 而从白度变化来看, D0 脱木素有显著差异, Op 脱木素在脱出纸浆中残 余木素的同时可显著提高纸浆的白度, 与空白样相 比, 白度增值在 10 个百分点左右, 这是由于 H2 O2