閆兆晴 李明富 金 葉 李廣興 劉 義 駱蓮新

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧,530004; 2.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點實驗室,廣西南寧,530004)

·漂白助劑·

漂白助劑對蔗渣漿D0EpD1漂白的影響

閆兆晴 李明富 金 葉 李廣興 劉 義 駱蓮新*

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧,530004; 2.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點實驗室,廣西南寧,530004)

以未漂硫酸鹽蔗渣漿為原料進(jìn)行D0EpD1漂白,研究了在D0段分別加入3種助劑(壬基酚聚氧乙烯醚-7(NP-7)、雜多酸(HPA)、甲醛)對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響。結(jié)果表明，D0段ClO2用量(有效氯)1.6%時,添加3種助劑的最佳用量(對絕干漿)分別為：NP-7為70.6%、HPA為0.6%、甲醛為1.5%；與未加助劑的D0段ClO2用量1.4%～2.0%范圍相比,可分別節(jié)約D0段ClO2用量為：10.0%～14.3%、11.1%～14.3%、20.0%～25.0%,且對漿料性質(zhì)影響較小。添加甲醛的助漂效果較好。

硫酸鹽蔗渣漿;表面活性劑;雜多酸;甲醛;D0EpD1漂白

我國擁有相當(dāng)豐富的蔗渣資源,其不僅可再生且是優(yōu)良的造紙非木材纖維原料。據(jù)計算,我國用來制漿造紙的蔗渣占非木材纖維含量的17%[1]。蔗渣的有效利用,在一定程度上緩解了我國造紙工業(yè)面臨的纖維資源缺乏、對外依賴性強的局面[2]。蔗渣是草類原料,纖維長度在1.01～2.34 mm之間,其成漿質(zhì)量較好,易煮易漂,藥品的添加量相對較少,所含的硅含量比其他草類原料低,即黑液的堿回收比其他原材料相對容易[3]。此外,南美洲以及非洲的部分國家也都在利用蔗渣漿來制漿造紙,所以蔗渣漿有著很好的發(fā)展前景[4]。

隨著人們對制漿造紙工業(yè)帶來的環(huán)境污染問題的重視,無污染或低污染的漂白新技術(shù)應(yīng)運而生[5]。ClO2是無元素氯漂白(ECF)的重要漂劑,應(yīng)用前景廣闊,其能夠有目的的去除木素,并減少漂后廢液中的毒性產(chǎn)物[6]。ClO2脫木素段(D0),相當(dāng)于氧脫木素(O),ClO2終段漂(D1或D2),目的是使紙張獲得更高的白度[7- 8]。ClO2脫木素是ECF漂白的核心,提升和增強ClO2漂白效率的研究已較多,通過助劑的加入在保持對紙漿白度和黏度等方面影響較小的情況下,能夠從根本上減少漂劑的用量,也極具意義。

本實驗以未漂硫酸鹽蔗渣漿為原料,研究了在D0段分別添加3種不同漂白助劑(壬基酚聚乙烯醚-7(NP-7)、雜多酸(HPA)、甲醛)對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響,并進(jìn)一步探討了添加助劑所能節(jié)約的漂劑用量。

1 實 驗

1.1 原料與助劑

原料：未漂硫酸鹽蔗渣漿,白度38.3%,黏度987.6 mL/g,卡伯值11.50,打漿度16°SR。來源于南寧某造紙廠,風(fēng)干平衡水分備用。

助劑：壬基酚聚氧乙烯醚-7(NP-7),上海阿拉丁生化科技股份有限公司；雜多酸(HPA),上海阿拉丁生化科技股份有限公司；甲醛(38%),西隴化工股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 ClO2溶液標(biāo)定[9]

1.2.2 漂白

稱取10 g絕干蔗渣漿于聚乙烯袋中,按漿濃10%補加所需蒸餾水,調(diào)節(jié)相應(yīng)pH值,加入漂劑等，密封,混合均勻后,放進(jìn)65℃的恒溫水浴鍋中進(jìn)行漂白,且每隔15 min進(jìn)行揉搓。漂白完成后進(jìn)行洗漿、疏解、抄片。在恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)實驗室內(nèi)平衡水分24 h之后,檢測漿料性能[10]。

1.2.3 添加助劑

將所要加入的助劑配成一定濃度的溶液；NP-7、HPA分別與漿料在室溫下混合均勻、加入漂劑等，于恒溫水浴鍋中進(jìn)行漂白；將甲醛與漿料在室溫下混合均勻,經(jīng)恒溫水浴鍋預(yù)熱后,再加入漂劑等進(jìn)行漂白。

1.2.4 漿料性能測定

(1)白度

依據(jù)QB/T1462—1992,將漂后漿于纖維疏解器中疏解,經(jīng)快速紙頁成型器抄片、恒溫恒濕24 h后,采用YQ-Z- 48A白度測定儀測定手抄片白度。

(2)黏度

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1548—1989銅乙二胺法測定黏度。

(3)卡伯值

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1546—1989測定卡伯值。

2 結(jié)果與討論

2.1 蔗渣漿常規(guī)D0EpD1的漂白效果

保持D1段ClO2用量不變,改變D0段ClO2用量,蔗渣漿經(jīng)常規(guī)D0EpD1漂后的結(jié)果如表1所示。

表1 蔗渣漿常規(guī)D0EpD1漂白效果

注 漿濃10%,D0段：溫度65℃、時間60 min、初始pH值3.5；Ep段：NaOH用量2.5%、H2O2用量1%、溫度65 ℃、時間90 min;D1段：溫度75℃、時間90 min、初始pH值4.5。

由表1可知,隨著D0段ClO2用量的增加,紙漿卡伯值降低,更有利于木素的脫除；漂后漿的白度得以提升,但白度上升的趨勢逐漸減緩,這可能是因為漿中的發(fā)色基團和助色基團等隨木素的進(jìn)一步脫除也越來越少；且紙漿黏度有所降低。綜合考慮漂后紙漿性質(zhì),選取D0段ClO2用量為1.6%,對其進(jìn)行D0段添加助劑的蔗渣漿D0EpD1漂白的研究。

2.2 添加NP-7對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響

2.2.1 NP-7用量的影響

NP-7是一種常用的非離子型表面活性劑,本實驗對其在蔗渣漿D0EpD1漂白中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在D0段分別加入用量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%(對絕干漿)的NP-7溶液,漂白結(jié)果見表2。

表2 D0段NP-7用量對漂白漿性能的影響

注 漿濃10%,D0段：溫度65℃、時間60 min、初始pH值3.5；Ep段：NaOH用量2.5%、H2O2用量1%、溫度65℃、時間90 min；D1段：ClO2用量0.6%、溫度75℃、時間90 min、初始pH值4.5。NP-7用量0時為對照漿。

表面活性劑NP-7在漿料漂白中主要是其具有的滲透、潤濕作用,能夠加速漂液向纖維內(nèi)部的擴散與滲透,加快漂液與木素的反應(yīng),降低漂劑的無效分解,提升漂劑的有效利用率[11]。由表2可以看出,在ClO2用量一定的情況下,與對照漿相比,添加不同用量的表面活性劑NP-7后,紙漿黏度均有所升高,且漿料白度隨助劑用量的增加而升高,當(dāng)NP-7用量在0.6%以上時,漿料白度變化不明顯。由此可見,

圖1 NP-7對ClO2用量的影響

NP-7用量為0.6%時,白度比對照漿提升2.4個百分點,白度及脫木素效果較好。

2.2.2 NP-7對ClO2用量的影響

圖1為NP-7對ClO2用量的影響。從圖1可以看出,添加NP-7的漂后漿白度比未加NP-7的對照漿要高,在D0段ClO2用量分別為1.2%、1.4%、1.6%、1.8%時,加入NP-7的漂后漿白度均高于未添加NP-7的D0段ClO2用量分別為1.4%、1.6%、1.8%、2.0%的漿的白度,有利于脫木素。且NP-7在漂白時能夠保護纖維,添加NP-7的漿料黏度均高于對照漿。因此,D0EpD1漂白過程中,在D0段添加0.6%用量的NP-7,能使未加NP-7的D0EpD1漂白D0段ClO2用量由2.0%降至1.8%、1.8%降至1.6%、1.6%降至1.4%、1.4%降至1.2%,從而節(jié)約10.0%～14.3%的ClO2用量。

2.3 添加HPA對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響

2.3.1 HPA用量的影響

在市場經(jīng)濟體制下，對資源配置起決定作用的主體已由政府轉(zhuǎn)向市場。給予了市場高度的主控權(quán)，輔助以政府的政策供給和監(jiān)管，為實現(xiàn)資源的合理有效配置而相互協(xié)作。

HPA既具有酸催化又具有氧化還原催化特性,是高效的雙功能催化劑,也是良好的綠色催化劑[12-13]。本實驗對其在蔗渣漿D0EpD1漂白中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在D0段分別加入0.2%、0.4%、0.6%、0.8%(對絕干漿)用量的HPA溶液,漂白結(jié)果見表3。

由表3可知,在ClO2用量一定的條件下,與對照漿相比,在HPA用量0.6%前,漂后漿白度由未加HPA時的80.1%升高到82.6%,提高了2.5個百分點,且漿料黏度還保持在較好水平。因而在D0段添加HPA可以提升漂后漿白度或在保持白度一定的情況下,能夠降低ClO2的使用量。其提高白度的原因為：在ClO2漂白時,添加HPA起到的催化作用,使脫木素更具有選擇性,其反應(yīng)過程如式(1)、式(2)所示。[14]

表3 D0段HPA用量對漂白漿性能的影響

注 漿濃10%,D0段：溫度65℃、時間60 min、初始pH值3.5；Ep段：NaOH用量2.5%、H2O2用量1%、溫度65℃、時間90 min；D1段：ClO2用量0.6%、溫度75℃、時間90 min、初始pH值4.5。HPA用量0時為對照漿。

木素+[HPA]ox→氧化木素+[HPA]Red+2H+

(1)

[HPA]Red+4H++O2→[HPA]ox+2H2O

(2)

木素被氧化后更易降解為低分子產(chǎn)物和CO2。當(dāng)HPA用量超過0.6%時,紙張的白度降低,且黏度也明顯下降。這說明HPA在催化脫木素時,用量過高使得碳水化合物氧化降解,且其制備費用較高,綜合考慮,HPA用量為0.6%為宜。

2.3.2 HPA對ClO2用量的影響

圖2為HPA對ClO2用量的影響。從圖2可以看出,HPA的加入使漂后漿白度比對照漿要高,加入HPA的漂后漿在D0段ClO2用量分別為1.2%、1.4%、1.6%時，白度均大于D0段ClO2用量分別為1.4%、1.6%、1.8%的未加HPA的白度,卡伯值變化不大,黏度均有所降低；但當(dāng)添加0.6%用量HPA的漿料在ClO2用量為1.8%、2.0%時,黏度降低較為明顯,此范圍內(nèi)添加0.6%用量的HPA不可取。因此,在D0EpD1漂白過程中,在D0段添加0.6%用量的HPA,可使D0EpD1漂白D0段ClO2用量由1.8%降至1.6%、1.6%降至1.4%、1.4%降至1.2%，從而節(jié)約11.1%～14.3%的ClO2用量。

圖2 HPA對ClO2用量的影響

圖3 甲醛對ClO2用量的影響

2.4 添加甲醛對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響

2.4.1 甲醛用量的影響

在ClO2漂白反應(yīng)中,ClO2脫木素的同時被還原生成一些中間產(chǎn)物,如亞氯酸鹽、亞氯酸、氯酸鹽、氯化物等；而選擇醛類助劑,可以將無漂白性的亞氯酸鹽重新生成ClO2,進(jìn)而提高漂白效果[15-16]。本實驗對甲醛在蔗渣漿D0EpD1漂白中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在D0段分別加入0.6%、1.0%、1.5%、2.0%(對絕干漿)用量的甲醛溶液,漂白結(jié)果見表4。

表4 D0段甲醛用量對漂白漿性能的影響

注 漿濃10%,D0段：溫度65℃、時間60 min、初始pH值3.5；Ep段：NaOH用量2.5%、H2O2用量1%、溫度65℃、時間90 min；D1段：ClO2用量0.6%、溫度75℃、時間90 min、初始pH值4.5。甲醛用量0時為對照漿。

由表4可知,在ClO2用量一定的情況下,與對照漿相比,在甲醛用量1.5%之前,漿料的白度隨甲醛用量的增加而提高,當(dāng)甲醛用量為1.5%時,漿料白度比對照樣提升了3.3個百分點,卡伯值降低。繼續(xù)增大甲醛用量,白度、卡伯值變化不明顯?？梢?在ClO2漂白時添加甲醛,能夠彌補因ClO2的無益損耗而引起的漂白效果下降的問題,從而節(jié)省漂劑用量,且甲醛用量1.5%為宜。

2.4.2 甲醛對ClO2用量的影響

圖3為甲醛對ClO2用量的影響。從圖3可以看出,甲醛用量1.5%時,D0段ClO2用量為1.2%時的漂白漿白度為79.9%,與未加甲醛、ClO2用量為1.6%的漂白漿白度(80.1%)接近；D0段ClO2用量為1.4%的漿料白度為81.8%,與未加甲醛的ClO2用量為1.8%的漿料白度82.1%接近；D0段ClO2用量為1.6%時的漿料白度為83.4%,略高于未加甲醛的ClO2用量為2.0%的漿料白度?？梢?在D0EpD1漂白過程中,在D0段添加用量1.5%的甲醛,可以使D0EpD1漂白D0段ClO2用量由2.0%降至1.6%、1.8%降至1.4%、1.6%降至1.2%,從而節(jié)約20.0%～25.0%的ClO2用量,黏度略有降低。

圖4 3種助劑對D0EpD1漂白效果的影響

2.5 3種助劑的漂白效果對比

將3種助劑進(jìn)行蔗渣漿D0EpD1助漂效果對比,分別取NP-7、HPA、甲醛的最佳用量0.6%、0.6%、1.5%,D0段ClO2用量為1.6%,漂白結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出這3種助劑對ClO2漂白的活化效果,在助劑最佳用量下,加入NP-7、HPA的白度比未加助劑的漿料平均高出2.5個百分點,添加甲醛的漿料白度比未加助劑的漿料提高了3.3個百分點,助漂效果較好；添加NP-7的漿料黏度比未加助劑的漿料高10.8 mL/g,添加HPA、甲醛的漿料黏度均較未加助劑的漿有所降低；添加甲醛的漿料脫木素效果相對較好。綜合而言,甲醛的ClO2漂白助漂效果較好。

3 結(jié) 論

以未漂硫酸鹽蔗渣漿為原料進(jìn)行D0EpD1漂白，研究了在D0段分別加入3種助劑(壬基酚聚氧乙烯醚-7(NP-7)、雜多酸(HPA)、甲醛)對蔗渣漿D0EpD1漂白效果的影響。

3.1 蔗渣漿D0EpD1漂白過程中,3種助劑在D0段的最佳用量(對絕干漿)分別為：NP-7為70.6%、HPA為0.6%、甲醛為1.5%；且與未加助劑的D0段ClO2用量1.4%～2.0%范圍相比,添加助劑可分別節(jié)約D0段ClO2用量：10.0%～14.3%、11.1%～14.3%、20.0%～25.0%,且對漿料性質(zhì)影響較小。

3.2 常規(guī)蔗渣漿D0EpD1漂白過程中,D0段ClO2用量為1.6%時,D0EpD1漂后漿白度為80.1%,而加入助劑NP-7、HPA的漂后漿白度比未加助劑的漿料平均高出2.5個百分點,添加甲醛的漿料白度為83.4%,比未加助劑的漿料提升了3.3個百分點,甲醛的助漂效果較好；添加NP-7的漿料黏度比未加助劑的漿料高10.8 mL/g,添加HPA、甲醛的漿料黏度均較未加助劑的漿料有所降低；添加甲醛的漿料脫木素效果相對較好?？傮w來說,在助劑最佳用量的前提下,這3種助劑的效果有所差別,甲醛的ClO2漂白助漂效果較好。

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(責(zé)任編輯：常 青)

Effect of Bleaching Additives on D0EpD1Bleaching of Bagasse Pulp

YAN Zhao-qing LI Ming-fu JIN Ye LI Guang-xing LIU Yi LUO Lian-xin*

(1.LightIndustryandFoodEngineeringInstitute,GuangxiUniversity,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004; 2.GuangxiKeyLabofCleanPulpingandPapermakingandPollutionControl,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004)

(*E-mail: lxluo919@163.com)

Unbleached bagasse kraft pulp was used as raw material for D0EpD1bleaching, the effects of addition of three kinds of additives (surfactant NP-7、 heteropolyacid HPA、 formaldehyde) in D0stage on D0EpD1bleaching of bagasse pulp were studied. The results showed that the optimum dosages of the three kinds of additives were 0.6% NP-7、 0.6% HPA、 1.5% formaldehyde, respectively, when ClO2dosage (active chlorine) (D0) was 0.6%; compared with ClO2dosage (D0) was in the range of 1.4%～2.0% without additives, ClO2dosages(D0) could be saved 10.0%～14.3%、 11.1%～14.3%、 20.0%～25.0%, respectively, and had little effect on the pulp properties. Among the three additives the effect of formaldehyde was better.

bagasse kraft pulp; surface active agent;heteropolyacid; formaldehyde; D0EpD1bleaching

閆兆晴女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：清潔化制漿造紙新技術(shù)與廢水處理。

2016-11-17(修改稿)

廣西自然科學(xué)基金項目(2015GXNSFBA139038); 廣西自然基金(2013GXNSFFA019005)。

TS745

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.04.002

*通信作者：駱蓮新,副教授；研究方向：清潔化制漿造紙新技術(shù)與污染控制。