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

． 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
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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．
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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