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麦草碱性亚硫酸盐深度脱木素蒸煮及其漂白特性

作　者: 张琳
导　师: 翟华敏
学　校: 南京林业大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 麦草 ASP法氧脱木素磺酸基漂白木聚糖酶
分类号: TS743.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

麦草作为生物质具有很高的开发价值和广阔的前景。利用碱性亚硫酸盐(ASP)蒸煮及其漂白特性对开发利用麦草资源是及其重要的。首次提出了麦草ASP (Alkaline Sulphite pulping)制浆生物炼制的理念。研究了总用碱量、亚硫酸化度、温度和时间对麦草ASP法蒸煮的深度脱木素特性和木素磺化的影响,并结合耐热耐碱木聚糖酶预处理(X)及氧脱木素(0)工艺,初探X、O对ASP浆木质素特性的影响,研究麦草ASP的环境友好型ECF和TCF漂白。结果表明：1.麦草ASP法具有高的深度脱木素选择性,同时木素磺化与深度脱木素选择性具有一致性。在总用碱量18.0%,亚硫酸化度85.0%,升温至168℃,保温150min时,纸浆卡伯值为8.8,得率56.8%,浆料粘度为33.3mPa·s,黑液中磺酸基含量达2.16mmol/g。从纸浆基本性能及木素磺化的特性考虑,ASP法具有良好的制浆生物炼制的特性。2.X、0对ASP浆均具有深度选择性。随着X用量的增多,纸浆保持较高的得率,卡伯值略有下降,粘度呈现先上升后下降的趋势。在酶用量为5.OIU/g时,麦草ASP得率为93.5%,此时卡伯值为6.4,浆料粘度为41.1mPa.s,木素脱除率达到33.1%。随着用碱量的升高,纸浆得率略有下降,卡伯值呈现明显下降趋势,浆料粘度略有变化。在用碱量为2.0%时,氧脱木素效果较好,麦草ASP得率为88.9%,此时卡伯值为4.7,粘度为30.OmPa.s,木素脱除率达到52.5%。3.在同等ECF和TCF条件下漂白,X、O均表现出有效的助漂作用,均可以提高各段白度,X的使用可以保证纸浆终漂粘度上升,同等漂白程度下较ASP浆白度提高约1.0%ISO,而氧脱木素使得ASP浆粘度基本保持不变的前提下,终漂白度也有约1.0%ISO的提高。4.木聚糖酶预处理和氧脱木素对浆料木素非缩合程度、木素侧链特征、纤维素主要化学特征基团以及纤维素的结晶度等几乎无影响。对比麦草Soda-AQ化学浆可知,ASP浆中的残余木素缩合程度较低,对木质素β-0-4结构降解较多。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 前言  9-12
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 立题依据  9-10
  1.3 研究的内容、技术路线、目的和意义  10-11
    1.3.1 主要内容  10-11
    1.3.2 技术路线  11
    1.3.3 研究的目的及意义  11
  1.4 本课题的创新之处  11-12
2 文献综述  12-23
  2.1 中国造纸工业发展现状  12
  2.2 非木材纤维原料的利用现状  12-14
    2.2.1 非木材(麦草)纤维原料制浆的特征  13
    2.2.2 非木材(麦草)纤维原料制浆面临的困难  13-14
  2.3 麦草蒸煮技术  14-19
    2.3.1 传统碱法的改进  14-16
      2.3.1.1 通氧的碱法蒸煮  15
      2.3.1.2 添加助剂法  15-16
      2.3.1.3 氢氧化钾法  16
      2.3.1.4 石灰-磷酸-氧法  16
    2.3.2 亚硫酸盐法的改进  16-19
      2.3.2.1 亚硫酸盐-蒽醌法  16-17
      2.3.2.2 绿氧法  17
      2.3.2.3 亚硫酸盐-乙醇-水法  17-18
      2.3.2.4 麦草碱性亚硫酸盐蒸煮中可能的反应机理  18-19
    2.3.3 溶剂制浆  19
      2.3.3.1 甲醛制浆  19
      2.3.3.2 乙醇制浆  19
  2.4 环境友好漂白  19-23
    2.4.1 氧脱木素技术  20
    2.4.2 生物漂白  20
    2.4.3 改进的二氧化氯漂白  20-21
    2.4.4 过氧化氢漂白  21-23
3 实验原料与方法  23-28
  3.1 实验原料  23
  3.2 实验方法  23-28
    3.2.1 麦草碱性亚硫酸盐制浆  23
      3.2.1.1 蒸煮药液  23
      3.2.1.2 麦草ASP蒸煮  23
    3.2.2 耐热耐碱木聚糖酶预处理  23-24
      3.2.2.1 木聚糖酶  23
      3.2.2.2 缓冲液的配制  23
      3.2.2.3 木聚糖酶活力的测定  23-24
      3.2.2.4 木聚糖酶预处理  24
    3.2.3 氧脱木素  24
    3.2.4 D_0E_1D_1D_2漂白  24-25
      3.2.4.1 二氧化氯水溶液的制备  24
      3.2.4.2 D_0E_1D_1D_2漂白漂白工艺  24-25
    3.2.5 (PO)_1(PO)_2漂白  25-26
      3.2.5.1 酸处理  25
      3.2.5.2 (PO)_1(PO)_2漂白工艺  25-26
    3.2.6 黑液特性分析  26
      3.2.6.1 pH值  26
      3.2.6.2 黑液固形物、残余亚硫酸钠、磺酸基  26
    3.2.7 浆料特性分析  26
      3.2.7.1 卡伯值  26
      3.2.7.2 粘度  26
      3.2.7.3 白度  26
    3.2.8 纸页的抄造  26
    3.2.9 化学分析  26-27
      3.2.9.1 木素含量  26
      3.2.9.2 碱性硝基苯氧化  26
      3.2.9.3 臭氧解  26-27
    3.2.10 物理分析  27-28
      3.2.10.1 红外光谱  27
      3.2.10.2 X-射线衍射  27
      3.2.10.3 扫描电镜  27-28
4 结果与讨论  28-60
  4.1 ASP法深度脱木素选择性  28-34
    4.1.1 用碱量对ASP深度脱木素的影响  28-29
    4.1.2 亚硫酸化度对ASP深度脱木素的影响  29-30
    4.1.3 温度对ASP深度脱木素的影响  30-32
    4.1.4 时间对ASP深度脱木素的影响  32-33
    4.1.5 小结  33-34
  4.2 ASP浆木聚糖酶预处理和氧脱木素特性比较  34-39
    4.2.1 木聚糖酶预处理对ASP浆脱木素性能的影响  34-35
    4.2.2 氧脱木素对麦草ASP脱木素性能的影响  35-37
    4.2.3 ASP浆木聚糖酶预处理和氧脱木素选择性的比较  37-38
    4.2.4 小结  38-39
  4.3 ASP浆D_0ED_1D_2漂白特性  39-45
    4.3.1 X、O对D_0ED_1D_2各段白度的影响  39-41
    4.3.2 X、O对ASP浆碱抽提后的影响  41-42
    4.3.3 X、O对浆料终漂性能的影响  42-44
    4.3.4 小结  44-45
  4.4 ASP浆(PO)_1(PO)_2漂白特性  45-51
    4.4.1 A对X、O-ASP浆的影响  45
    4.4.2 H_2O_2对X、O-ASP浆各段白度的影响  45-46
    4.4.3 H_2O_2用量对X、O-ASP浆各段粘度的影响  46-47
    4.4.4 (PO)_1(PO)_2漂白各段的得率  47-49
    4.4.5 小结  49-50
    4.4.6 D_0ED_1D_2与(PO)_1(PO)_2的比较  50-51
  4.5 ASP、X-ASP和O-ASP浆残余木质素特性  51-60
    4.5.1 对残余木素含量的影响  51-52
    4.5.2 对残余木素缩合程度的影响  52-53
    4.5.3 对残余木素β-O-4结构的影响  53-55
    4.5.4 对官能团特征的影响  55-56
    4.5.5 对纤维素结晶度的影响  56-57
    4.5.6 对纤维表面形态的影响  57-59
    4.5.7 小结  59-60
5 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 对未来工作的建议  61-62
6 参考文献  62-67
详细摘要  67-68
ABSTRACT  68-69

麦草碱性亚硫酸盐深度脱木素蒸煮及其漂白特性

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