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甘蔗渣1，4-丁二醇溶剂法制浆工艺及机理研究

作　者: 王景全
导　师: 胡湛波
学　校: 广西大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 甘蔗渣 1，4-丁二醇高沸醇溶剂法制浆脱木素动力学制浆机理生物炼制
分类号: TS743.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

有机溶剂法制浆的生产过程无臭气、成浆容易漂白、木素和其他副产品容易回收进行综合利用,是一种无硫的清洁化制浆工艺。其中以乙醇和甲醇为代表的低级脂肪醇(沸点小于100℃)是溶剂法制浆最常用的有机溶剂,但是这类溶剂具有沸点低、高挥发性和易燃等特性,在制浆过程易产生高压,对制浆设备及过程操作的安全性要求很高,而且溶剂回收困难。为此,本研究以高沸醇(1,4-丁二醇,沸点:235℃)为溶剂,探索甘蔗渣高沸醇溶剂法制浆的工艺及其机理。研究内容主要包括:制浆工艺、浆料洗涤工艺、蒸煮反应历程、脱木素反应和碳水化合物降解动力学。研究结果如下:1、甘蔗渣高沸醇(1,4-丁二醇)为溶剂的制浆蒸煮工艺探索试验表明:温度对蒸煮效果影响最大,从同时制备木素和纸浆的角度,适宜的蒸煮工艺条件为:1,4-丁二醇醇溶剂浓度60%,蒸煮温度190℃,蒸煮时间90min,液比1:6。2、酸催化对甘蔗渣1,4-丁二醇溶剂法制浆的影响研究表明:(1)酸催化剂(甲酸、醋酸、柠檬酸)的加入能够明显加快木素脱除,能降低蒸煮最高温度和减少保温时间,其中柠檬酸的催化效果最为明显;(2)加入甲酸、醋酸、柠檬酸作为催化剂和未添加催化剂的1,4-丁二醇制备的浆料物理性能指标比较显示:加入酸催化剂会使浆料抄纸强度下降;(3)红外分析表明:加入酸催化剂对1,4-丁二醇制浆过程获得的木素的结构影响不大。3、甘蔗渣1,4-丁二醇制浆洗涤工艺的研究结果:通过洗涤前后浆料卡伯值变化表明,洗涤段数、洗涤溶剂浓度是高沸醇溶剂制浆的浆料洗涤最大影响因素。纤维表面SEM分析显示:水洗不能有效洗掉溶剂制浆的浆料纤维表面吸附的木素,两段溶剂洗涤能有效洗掉附着在纤维表面的溶出木素。本实验条件下,甘蔗渣1,4-丁二醇制浆的浆料洗涤适宜工艺为:洗涤溶剂浓度大于60%,时间30min,温度80℃,液比1:6,溶剂洗涤段数2段。4、蒸煮反应历程研究表明:甘蔗渣1,4-丁二醇蒸煮制浆体系的pH值对蒸煮过程中碳水化合物和木素的溶出影响较大,蒸煮前期两者溶出速率较快,后期趋于平缓。甘蔗渣1,4-丁二醇蒸煮脱木素动力学表现出两个阶段:木素主要脱除阶段和木素残余脱除阶段,各阶段木素浓度对脱木素反应均为拟一级反应,主要木素脱除阶段和残余木素脱除阶段活化能分别为98.6kJ/mol和152.3kJ/mol。1,4-丁二醇蒸煮甘蔗渣制浆过程各阶段碳水化合物浓度对碳水化合物降解反应均为拟一级反应,主要碳水化合物降解阶段和残余碳水化合物降解阶段的活化能分别为117.4 kJ/mol和125.9 kJ/mol。本论文提出了适合甘蔗渣制备纸浆和分离木素的高沸醇(1,4-丁二醇)溶剂法蒸煮和浆料洗涤工艺,探索了甘蔗渣1,4-丁二醇溶剂法蒸煮反应规律。为甘蔗渣等农林废弃物建立在清洁制浆基础上实现分离纤维、木素、糖类等组分并进行综合利用的生物炼制模式提供前期研究基础数据。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-12
第一章文献综述  12-24
  1.1 有机溶剂制浆发展历程  12-13
  1.2 低沸醇类溶剂制浆方法研究状况  13-18
    1.2.1 低沸醇溶剂制浆工艺及浆的质量  13
    1.2.2 低沸醇制浆工艺改进研究状况  13-15
    1.2.3 低沸醇制浆脱木素机理  15-17
    1.2.4 低沸醇溶剂制浆存在的主要问题  17-18
  1.3 高沸醇溶剂制浆的研究状况  18-21
    1.3.1 现有高沸醇制浆工艺研究现状  18-19
    1.3.2 高沸醇溶剂法制浆脱木素机理  19-20
    1.3.3 高沸醇溶剂制浆的主要特点和存在的主要问题  20-21
  1.4 本研究的目的、内容、技术路线  21-24
    1.4.1 研究目的、意义  21-22
    1.4.2 研究内容  22-23
    1.4.3 技术路线  23-24
第二章甘蔗渣 1，4-丁二醇制浆工艺研究  24-32
  2.1 材料与方法  24-25
    2.1.1 原料和试剂  24
    2.1.2 蒸煮设备  24
    2.1.3 实验方法  24-25
    2.1.4 分析检测方法  25
  2.2 结果与讨论  25-31
    2.2.1 不添加催化剂高沸点醇溶剂法制浆工艺条件确定  25-30
    2.2.2 甘蔗渣1，4-丁二醇溶剂法制浆的评价及拟解决的问题  30-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章添加酸催化剂的甘蔗渣1，4-丁二醇制浆研究  32-42
  3.1 材料与方法  32-33
    3.1.1 原料和试剂  32
    3.1.2 实验方法  32-33
    3.1.3 分析检测方法  33
    3.1.4 打浆及其抄片  33
    3.1.5 纸张物理性能指标的检测  33
  3.2 结果与讨论  33-41
    3.2.1 酸催化高沸醇溶剂法制浆工艺的研究  33-39
    3.2.2 添加酸催化剂对浆料和木素产品的影响  39-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章甘蔗渣1，4-丁二醇制浆的洗涤工艺研究  42-50
  4.1 材料与方法  42-43
    4.1.1 原料和试剂  42
    4.1.2 蒸煮设备  42
    4.1.3 实验室制浆过程  42
    4.1.4 浆料的洗涤  42-43
    4.1.5 分析检测方法  43
  4.2 结果与讨论  43-49
    4.2.1 洗涤溶剂浓度的影响  44-45
    4.2.2 洗涤温度的影响  45
    4.2.3 溶剂洗涤时间的影响  45-46
    4.2.4 洗涤液比的影响  46-47
    4.2.5 溶剂洗涤段数的影响  47-48
    4.2.6 纸浆纤维的SEM表面分析  48-49
  4.3 本章小结  49-50
第五章甘蔗渣1，4-丁二醇制浆机理研究  50-64
  5.1 材料与方法  50-51
    5.1.1 原料和试剂  50
    5.1.2 制浆过程  50-51
    5.1.3 分析方法  51
  5.2 结果与讨论  51-62
    5.2.1 蒸煮反应历程的研究  51-56
    5.2.2 蒸煮反应动力学的研究  56-62
  5.3 本章小结  62-64
第六章全文总结与展望  64-66
  6.1 主要结论  64-65
  6.2 研究展望  65-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74

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