桉木常规KP浆和RDH浆的氧脱木_省略_强化对RDH浆氧脱木素的改善效果_李雪芝

收稿日期:2006-01-20(修改稿)

作者简介:李雪芝,女,工程师;主要从事资源微生物及植物纤维资源化利用等方面的研究。

*通讯联系人:赵 建,E -mai l:z haoji an@https://www.360docs.net/doc/7a6275891.html,

桉木常规KP 浆和RDH 浆的氧脱木素研究( )

预处理和强化对RDH 浆氧脱木素的改善效果

李雪芝1 赵 建1,* 石淑兰2 胡惠仁2

(1 山东大学微生物技术国家重点实验室,山东济南,250100;2 天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津,300222)

摘 要:研究了HNO 3/NaNO 3预处理、K MnO 4预处理和H 2O 2强化对桉木RD H 硫酸盐浆氧脱木素的改善效果,并与常规KP 浆进行了对比。结果表明,少量H 2O 2对RD H 浆氧脱木素具有良好的强化效果,较佳的H 2O 2用量为0 8%。在制备低卡伯值纸浆时,采用RD H 蒸煮与H 2O 2强化的氧脱木素相结合的制浆方法比采用常规KP 蒸煮与H 2O 2强化的氧脱木素相结合的方法更有利于保护纸浆的黏度。在氧脱木素前对RD H 浆进行HNO 3/NaNO 3或KMnO 4预处理也有利于改善氧脱木素的效果,提高残余木素的脱除程度,其中KMnO 4预处理还可以较明显地提高纸浆白度。但相对而言,这两种预处理方式更适合于用来改善常规KP 浆这类残余木素含量较高纸浆的氧脱木素。关键词:RD H;硫酸盐浆;氧脱木素;预处理;强化中图分类号:TS743+ 9

文献标识码:A

文章编号:1000-6842(2006)02-0018-04

RD H 蒸煮技术是由美国Beloit 公司发展起来的一种先进的蒸煮工艺,与常规KP 法蒸煮相比,该工艺具有可减少蒸汽消耗、缩短蒸煮周期、降低纸浆卡伯值、改善纸浆强度、降低黑液黏度、降低蒸煮总用碱量等优点。氧脱木素技术则是ECF 和TCF 漂白程序的一个重要步骤。通常氧脱木素的脱木素程度超过50%时,氧脱木素的选择性将变得很差,导致碳水化合物严重降解,因此为改善氧脱木素效果,经常会采取所谓 强化的氧脱木素 手段(通过在氧脱木素时加入H 2O 2、甲醇、氨基多羧酸锰( )、多氧金属盐等化学品进行强化

[1-3]

)或采取在氧脱木素前对浆料进行 活化 预处

理[4-6]等措施,以达到提高氧脱木素效率、改善氧脱木

素选择性、增加氧脱木素浆白度和黏度等目的。笔者先前对杨木和桉木常规KP 浆氧脱木素的研究也验证

了上述方法的可行性[6-7]。

桉木作为一种优良的速生阔叶材种,具有优良的制浆造纸性能,是目前我国造纸工业大力发展的制浆原材料之一,而其中桉木KP 浆产量占全部桉木浆总产量的80%以上。在上述背景下,研究桉木RDH 硫酸盐法制浆和氧脱木素技术,对促进RDH 制浆和氧脱木素技术在我国造纸工业中的推广以及桉木原料的进一步应用具有较好的意义。在对桉木常规KP 和RD H 硫酸法制浆性能

[8]

、桉木常规KP 浆和RDH 浆的氧脱木

素[9-11]等系列研究的基础上,本课题对桉木RD H 浆

H 2O 2强化的氧脱木素效果、预处理对RDH 浆氧脱木素的改善效果进行了研究。1 实 验

1 1 原料:参照文献[8],在实验室自制蓝桉RDH 硫酸盐浆。纸浆性质如下:粗浆得率49 7%,卡伯值

14 2,黏度991mL/g,白度40 6%ISO 。此外,本文中作为对比样品使用的蓝桉常规KP 浆的性质为:粗浆得率52 8%,卡伯值17 8,白度30 9%ISO,黏度1105mL/g 。

1 2 氧脱木素:在电热回转式压力容器中进行,每次用80g 绝干浆。条件:NaOH 用量2 0%,反应温度100 ,反应时间45min,浆浓12%,MgSO 4用量0 5%,氧压0 5MPa 。氧脱木素后浆的性质如下:卡伯值8 2,白度63 01%I SO,黏度941mL/g 。

1 3 H 2O 2强化的氧脱木素:在氧脱木素前加入H 2O 2到浆料中,并与浆料混合均匀,然后进行氧脱木素。1 4 氧脱木素前浆料的预处理:在聚乙烯塑料袋中进行,恒温水浴控制温度。HNO 3/NaNO 3预处理时,将一定量HNO 3和Na NO 3的混合液(比例1 1,NO 2计)与浆料充分混合均匀后,90 下反应60min,浆浓为10%。反应后用水洗涤。KMnO 4预处理时,浆料与一定量的KMnO 4溶液和2%H 2SO 4充分混合均匀后,室温下反应20min,浆浓为3%;预处理后,先加入少量的还原剂

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Transactions of China Pulp and Paper

中 国 造 纸 学 报Vol 21,No.2,2006

处理,然后充分洗涤。1 5 分析方法

1 5 1 卡伯值的测定:按照GB 1546 1989规定的方法进行。

1 5

2 白度的测定:用杭州轻通仪器开发公司生产的YQ -Z -48A 白度测定仪测定纸浆的ISO 白度。1 5

3 黏度的测定:采用铜乙二胺法,依照国家标准GB 1548 1989规定的方法进行。1 6 计算

卡伯值降低(%)=(原浆卡伯值-氧脱木素浆卡伯值)/原浆卡伯值 100

黏度降低(%)=(原浆黏度-氧脱木素浆黏度)/原浆黏度 1002 结果与讨论

2 1 桉木RDH 浆H 2O 2强化的氧脱木素效果

不同用量H 2O 2对桉木RD H 硫酸盐浆氧脱木素的强化效果见图1和图2

。

图1 H 2O 2用量对RDH 氧脱木素浆卡伯值

和黏度的影响

图2 H 2O 2用量对RDH 氧脱木素浆白度的影响

由图1和图2可知,H 2O 2对桉木RDH 硫酸盐浆的氧脱木素有较好的强化效果,可使纸浆卡伯值降低至8以下,纸浆白度增加。与单纯的氧脱木素段相比,加入用量0 5%的H 2O 2强化,氧脱木素程度(在本文中

指氧脱木素后纸浆卡伯值的降低率,下同)从42 3%增加到45 1%,纸浆白度从63 01%ISO 增加到67 54%ISO,提高4 53%ISO 。当H 2O 2用量增加到0 8%时,氧脱木素程度增加约5个百分点,纸浆白度增加6 42%I SO 。但当H 2O 2用量超过0 8%时,继续增加H 2O 2的用量,虽然可以使氧脱木素浆的卡伯值进一步下降,但碳水化合物的降解程度增大,黏度的损失增加,对提高纸浆的白度作用也不大。因此,在桉木RDH 硫酸盐浆氧脱木素时,也可以使用少量H 2O 2进行强化,以达到降低纸浆卡伯值、增加纸浆白度的目的,但H 2O 2用量超过0 8%时意义不大。

2 2 常规KP 浆和RDH 浆H 2O 2强化的氧脱木素效果

比较

与常规KP 浆H 2O 2强化的氧脱木素效果[7]

相比,由于RDH 浆的初始卡伯值较低而白度较高,因此,用较少量的H 2O 2和更温和的氧脱木素条件(如较低的用碱量和较低的氧压),就能得到更低卡伯值和更高白度的氧脱木素浆。此外,由于RDH 浆氧脱木素时的条件相对比较温和,故在较低的纸浆卡伯值范围内,RDH 浆氧脱木素的选择性比常规KP 浆要好(见图3)。即与常规KP 浆相比,在较低的纸浆卡伯值范围内,RDH 氧脱木素浆具有较高的黏度。因此,虽然先前的研究结果表明[8],RDH 浆的黏度低于常规KP 浆的黏度,但如果要制备低卡伯值的纸浆,采用常规KP 法蒸煮和较剧烈的氧脱木素条件,与采用RDH 蒸煮再进行温和的氧脱木素这两种制浆方式相比,后者更有利于保护

纸浆的黏度。

图3 桉木常规KP 浆和RDH 浆氧脱木素后

纸浆卡伯值和黏度的关系

2 3 KMnO 4预处理对RDH 浆氧脱木素效果的影响

先前的研究结果和理论分析已经表明[7],KMnO 4

预处理对桉木常规KP 浆的氧脱木素有较好的改善效果。进一步的实验结果也表明(见表1),在桉木RDH 浆氧脱木素前,采用KMnO 4预处理浆料,同样可以达

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第21卷 第2期 桉木常规KP 浆和RDH 浆的氧脱木素研究( )

到进一步降低纸浆卡伯值、提高残余木素脱除程度、增加氧脱木素浆白度的目的,但预处理也使氧脱木素浆的黏度有所降低。例如:用1 5%用量的KMnO4预处理可使RDH浆氧脱木素程度从单纯氧脱木素段的42 3%增加到60 6%,提高18 3个百分点;白度也从63 0%ISO增加到72 0%ISO;但氧脱木素浆的黏度却从941mL/g降低到789mL/g,多降低约15 3%(对原浆黏度)。因此使用K MnO4对浆料进行预处理时,要对最终结果进行综合分析,根据实际情况选择一个较佳的KMnO4用量。

表1 KMnO4预处理对桉木RDH浆氧脱木素效果的影响

KMnO4用量/%

卡伯值白度/%ISO黏度/mL g-1数值降低*/%数值增加值*数值降低*/%

08 242 363 022 49415 05

0 57 249 365 324 786512 71

1 06 355 668 828 284115 14

1 55 660 67

2 031 478920 38 注 *对原浆

2 4 常规KP浆和RD H浆KMnO4预处理效果的比较

与常规KP浆KMnO4预处理改善的氧脱木素效果[7]相比,虽然KMnO4预处理对桉木RDH浆的氧脱木素也具有良好的改善效果,但在较低的KMnO4用量下,对桉木常规KP浆的改善效果更加明显,黏度的损失也较少。例如与各自的对照浆(单纯的氧脱木素段)相比,采用0 5%用量的KMnO4预处理,常规KP浆氧脱木素段的脱木素程度增加14 1%,氧脱木素浆白度增加5 1%ISO,黏度降低10mL/g;而RDH浆氧脱木素段的脱木素程度仅增加7 0%,氧脱木素浆白度增加2 29%ISO,而黏度却降低了76mL/g。因此,相对而言,KMnO4预处理似乎更加适合用于常规KP浆这类残余木素含量较高的纸浆。

2 5 HNO3/Na NO3预处理对RDH浆氧脱木素的影响

已知在适宜的条件下,HNO3/NaNO3预处理能有效地增加桉木常规KP浆氧脱木素段的脱木素程度,提高氧脱木素的选择性[10]。但该预处理方法是否对桉木RDH浆氧脱木素也具有相似的改善效果呢?本文在此也作了简单探讨。实验结果见表2。

表2表明,HNO3/Na NO3预处理对桉木RDH浆的氧脱木素同样具有良好的改善效果。预处理后氧脱木素浆的卡伯值降低,脱木素程度增加。随预处理药品用量的增加,这种改善效果愈加显著。例如:用2 0%用量的HNO3/Na NO3预处理浆料,与单纯氧脱木素相比,脱木素程度从42 3%增加到54 2%,提高约12个百分点;当HNO3/NaNO3用量增加到3 0%时,脱木素程度达到62 7%。但表2也表明,增加HNO3/NaNO3用量,对提高氧脱木素浆的白度作用不明显,在实验范围内,随预处理药品用量的增加,氧脱木素浆的最终白度差值在约2%范围内,这与处理常规KP浆时的结论相一致。

表2 HNO3/NaNO3预处理对桉木RDH浆氧

脱木素效果的影响

HNO3/

NaNO3

用量*/%

卡伯值白度/%ISO黏度/mL g-1数值降低/%数值增加值数值降低/%

08 242 363 022 49415 05

1 57 547 265 625 09226 96

2 06 554 266 525 988910 29

2 55 958 567 326 78551

3 72

3 05 362 767 927 375623 71

注 *N O

2

计

2 6 常规KP浆与RDH浆HNO3/NaNO3预处理效果

的比较

通过比较HNO3/NaNO3预处理对桉木常规KP 浆[10]和RDH浆氧脱木素的改善效果可知(见图4),从脱木素选择性的变化趋势来看,两种浆料经氧脱木素后,氧脱木素浆卡伯值与黏度的关系曲线均在HNO3/ Na NO3用量2 0%处有一转折点,在此之后,如果继续增加预处理药品用量,在降低纸浆卡伯值的同时,黏度也将会有较大程度的损失。但相比而言,在此用量之前,桉木常规KP浆卡伯值与黏度的关系曲线变化较为平缓,而RDH氧脱木素浆的关系曲线的斜率较大,说明当HNO3/Na NO3用量小于2 0%时,预处理后桉木常规KP 浆氧脱木素的选择性更高一些。此后,随着HNO3/ Na NO3用量的增加,二者的氧脱木素选择性均变差。

注 HNO

3

/NaNO3用量(按横座标数据点从左到右):对常规KP浆:依次为4 0%、3 0%、2 0%、1 0%和0;对RD H浆:依次为

3 0%、2 5%、2 0%、1 5%和0(其中用量为0时指单纯氧脱木素

浆),其他预处理条件相同。

图4 HNO3/NaNO3预处理后的

氧脱木素浆卡伯值与黏度的关系

20中 国 造 纸 学 报第21卷 第2期

3 结 论

添加少量H 2O 2可以强化桉木RDH 硫酸盐浆的氧脱木素效果,其较佳的H 2O 2用量为0 8%。采用RDH 蒸煮与H 2O 2强化氧脱木素相结合比采用常规KP 蒸煮与H 2O 2强化氧脱木素相结合的方法更有利于制备低卡伯值和高黏度的纸浆。在RDH 浆氧脱木素前采用HNO 3/Na NO 3和KMnO 4预处理浆料,也有利于改善氧脱木素效果,其中KMnO 4预处理还可以较明显地提高纸浆的白度。但相对而言,这两种预处理方式更适合于用来改善常规KP 浆这类残余木素较高的纸浆的氧脱木素。

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素研究( ):过氧酸预处理对常规KP 浆氧脱木素的改善效果[J] 中国造纸学报,2004,19(1):37

Improved Oxygen Delignification of RDH Kraft Pulp from Eucalyptus by Pretreatment and Reinforcement

LI Xue -zhi 1

Z HAO Jian

1,*

SHI Shu -lan 2 HU Hu-i ren

2

(1.State Key Lab o f Microbial Technology ,Shandong University ,Ji nan,Shandong Province,250100;

2.Tian jin Unive rsity o f Science an d Technology ,Tianjin,300222)

(*E -mail:zhaojian@https://www.360docs.net/doc/7a6275891.html,)

Abstract:Improved oxygen delignification of RDH (Rapid displacement heating)kraft pulp from eucalyptus by pretreatment wi th HNO 3/NaNO 3and KMnO 4,and reinforcement with H 2O 2was studied in the paper.The results showed that addi tion of a low charge H 2O 2to oxygen stage enhanced oxy -gen delignification of RDH pulp,and the opti mum charge of H 2O 2was 0.8%(on oven dry pulp weigh t).The pulping method,which combined RDH cooking with H 2O 2-reinforced oxygen delignificati on was superior to that which combined conventional kraft cooking wi th H 2O 2-reinforced oxygen delignification in the production of pulp with low kappa nu mber and high viscosity.Pretreatment with HNO 3/NaNO 3and KMn O 4prior to oxygen stage could i mprove efficiency of oxygen delignification,increase residual li gnin removal rate,KMnO 4p retreatment also increased effectively brightness of the oxygen -deli gni fied pulp.Relatively,oxygen deli gni fication with HNO 3/NaNO 3and KMnO 4pretreatment was more suitable for conven tional kraft pulp than RDH pulp.

Key words:RDH;kraft pulp;oxygen delignification;pretreatment;reinforcement;eucalyptus

(责任编辑:房宝伦)

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