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造纸污泥纤维板优化工艺的研究

作　者: 王传贵
导　师: 江泽慧; 彭镇华
学　校: 安徽农业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 回收纸造纸污泥竹造纸污泥理化性质纤维板复合纤维板
分类号: X793
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国造纸工业的迅速发展,造纸污泥的产量越来越大,造纸污泥的污染也越来越严重。因此,如何妥善、科学地处理和利用造纸污泥已成为国内外共同研究的重要课题之一。本研究利用造纸厂产生的污泥制造纤维板,解决了造纸行业大量污泥的处理问题,减少了环境污染,也为人造板制造开辟了新的原料来源,具有保护生态环境和节约木材使用的双重意义。通过研究了造纸污泥的基础性质、脲醛树脂和酚醛树脂胶对造纸污泥纤维板性能的影响、回收纸造纸污泥-木纤维复合纤维板的研究,竹造纸污泥-树皮复合纤维板以及竹造纸污泥板-单板复合板的探索研究,得到以下研究结果：(1)利用光学显微镜、元素分析仪、X-射线衍射仪、表面张力仪等手段和技术研究了造纸污泥的理化性质：湿回收纸造纸污泥含水率为72.10%,有机物含量为49.85%,pH为6.60值,干回收纸造纸污泥中粗纤维含量为39%,回收纸造纸污泥中纤维的长度绝大部分(约80.64%)处于50-230gm区间,湿污泥C、H、N、S元素分别为9.93%、1.44%、0.35%、0.39%；湿竹造纸污泥含水率为79.90%,pH为6.62,综纤维素含量为16.52%,木质素含量为0.0025%,竹造纸污泥纤维长度主要集中在1600-1800μm区域内,相对结晶对为61.48%。(2)利用红外光谱和同步热分析研究了脲醛树脂胶(UF)和酚醛树脂胶(PF)与污泥的胶合机理：造纸污泥表面的Si主要以Si02的形式存在；UF在污泥表面形成了较厚的胶层,未加热时无法产生大量的稳定基团；而PF在污泥表面形成的胶层较薄,并对污泥表面有相当的活性。造纸污泥具有良好的耐热性,单独加热造纸污泥,在温度所测范围内没有发生明显的吸热和放热现象；UF与污泥的混合物的热反应曲线只呈现出一定的放热行为,没有出现明显的吸、放热峰,热反应特征不显著；PF树脂胶与污泥混合后的热反应特征较明显。(3)回收纸造纸污泥压板工艺表明：密度对板子性能影响极显著,随着密度和施胶量的增加,板子的性能和24hTS增加显著。热压时间和热压温度对板子力学性能影响不显著。通过分析不同热压工艺条件下压制的纯污泥纤维板力学性能和24hTS,在降低成本和提高生产效率的基础上,确定10mm厚的污泥代替部分木材纤维压制复合人造板的增加,TS也相应增加。结合课题要求,密度为0.8g/cm3的复合板,较优工艺条件为：不分级污泥颗粒与木纤维配比为3:7,酚醛树脂胶粘剂(PF),污泥施胶量13%,木纤维施胶量10%,分别施胶后分层铺装,热压温度140℃,热压时间6mmin时满足国家标准。IB为1.035MPa,蒸煮后IB为0.225MPa,MOR为27.08MPa,MOE为2.82GPa,TS为6.46%。优化工艺参数为：目标密度0.8g/cm3,热压温度160℃,热压时间30sce/mm,无分级污泥施胶量为13%。(4)回收纸造纸污泥-木纤维复合板制造工艺表明：复合方式对性能有一定影响,原料配比对性能影响显著。随着木纤维含量的增加,内结合强度(IB)、静曲模量(MOR)和弹性模量(MOE)逐渐增加,TS也相应增加。结合课题要求,密度为0.8g/cm3的复合板,较优工艺条件为：不分级污泥颗粒与木纤维配比为3:7,酚醛树脂胶粘剂(PF),污泥施胶量13%,木纤维施胶量10%,分别施胶后分层铺装,热压温度140℃,热压时间6mmin时满足国家标准。IB为1.035MPa,蒸煮后IB为0.225MPa, MOR为27.08MPa, MOE为2.82GPa,TS为6.46%。(5)无分级竹造纸污泥板性能测试结果表明：绝大部分纯污泥纤维板各项性能不能满足国标的要求,但通过采用先进的设备有望显著提高产品的性能。(6)竹造纸污泥-树皮复合纤维板和竹造纸污泥板-单板复合板结果表明：污泥含量对板的各项性能影响显著,铺装方式对板的各项性能有一定的影响,纯竹造纸污泥纤维板与木材单板制造复合板力学性能显著提高。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-14
第一章文献综述  14-26
  1.1 研究背景、目的和意义  14-17
  1.2 污泥的特性  17-18
    1.2.1 污泥的组成  17
    1.2.2 污泥的危害  17-18
  1.3 造纸污泥处理处置方法  18-20
    1.3.1 卫生填埋  18
    1.3.2 农用  18-19
    1.3.3 焚烧  19
    1.3.4 海洋倾倒  19-20
  1.4 造纸污泥资源化利用的现状  20-24
    1.4.1 造纸污泥堆肥化的作用  20-21
    1.4.2 土壤改良剂  21-22
    1.4.3 造纸填料  22
    1.4.4 生产活性炭  22
    1.4.5 制备人造沸石  22
    1.4.6 污泥发电  22-23
    1.4.7 制造板材  23-24
  1.5 项目来源与经费支持  24
  1.6 主要研究内容  24-26
第二章污泥的理化性能分析  26-43
  2.1 引言  26
  2.2 材料与方法  26-34
    2.2.1 材料  26-27
    2.2.2 方法  27-34
  2.3 结果与讨论  34-42
    2.3.1 回收纸造纸污泥理化性质  34-37
    2.3.2 竹造纸污泥理化性质  37-39
    2.3.3 污泥成分红外光谱分析  39-41
    2.3.4 污泥固体物质的润湿性  41-42
  2.4 本章小结  42-43
第三章造纸污泥与胶粘剂胶合机理研究  43-55
  3.1 引言  43
  3.2 胶合理论概述  43-44
    3.2.1 机械结合理论  43
    3.2.2 吸附理论  43
    3.2.3 静电理论  43-44
    3.2.4 扩散理论  44
    3.2.5 化学键理论  44
    3.2.6 其他胶合理论  44
  3.3 材料与方法  44-46
    3.3.1 材料  44-45
    3.3.2 方法  45-46
  3.4 结果与讨论  46-53
    3.4.1 傅里叶红外性能分析  46-49
    3.4.2 TG-DSC性能分析  49-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章纯污泥纤维板制造工艺研究  55-86
  4.1 引言  55
  4.2 材料与方法  55-61
    4.2.1 材料  55-56
    4.2.2 方法  56-61
  4.3 结果与讨论  61-85
    4.3.1 纯造纸污泥纤维板物理力学性能测试结果和分析  61-68
    4.3.2 工艺参数对材料MOR和MOE影响  68-73
    4.3.3 工艺参数对材料IB影响  73-78
    4.3.4 工艺参数对材料TS影响  78-83
    4.3.5 工艺参数对UF胶压制的竹造纸污泥纤维板导热系数影响  83-85
  4.4 本章小结  85-86
第五章污泥复合板制造工艺研究  86-101
  5.1 引言  86
  5.2 材料与方法  86-88
    5.2.1 材料  86-87
    5.2.2 方法  87-88
  5.3 结果与讨论  88-99
    5.3.1 回收纸造纸污泥-木纤维复合纤维板  88-95
    5.3.2 竹造纸污泥-树皮复合纤维板  95-98
    5.3.3 竹造纸污泥板-单板复合板  98-99
  5.4 本章小结  99-101
第六章结论与建议  101-104
  6.1 结论  101-103
    6.1.1 造纸污泥理化性质  101
    6.1.2 造纸污泥与胶粘剂胶合机理研究  101-102
    6.1.3 纯造纸污泥纤维板制造工艺研究  102
    6.1.4 污泥复合板制造工艺研究  102-103
  6.2 建议  103-104
参考文献  104-110
致谢  110-111
作者简介  111-112
在读期间发表研究论文列表  112-113

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