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杨木镁碱过氧化氢化学机械法制浆及其机理研究

作　者: 张伟
导　师: 孔凡功
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 氢氧化镁碱性过氧化氢机械浆纸浆性能纤维质量分析
分类号: TS743
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在传统的杨木APMP制浆中,原料的碱性H2O2预处理所需要的碱性条件一般由加入的NaOH提供,NaOH的强碱性容易引起碳水化合物的部分降解,降低了得率,降解产物进入废液增加了预处理流出液中COD的含量,增加了污染负荷,而Mg(OH)2的弱碱性,可以弥补钠碱的上述缺陷,因而采用Mg(OH)2的杨木APMP制浆技术受到关注。本论文主要进行了Mg(OH)2为碱源或部分碱源的杨木APMP制浆及其机理的研究,包括单段预处理和两段预处理制浆工艺及对杨木单段预处理镁碱APMP制浆工艺参数的探讨。同时利用FQA、ESEM、XPS等分析手段对镁碱杨木APMP浆的纤维特性进行了研究。首先,镁碱作为碱源时,杨木单段预处理APMP制浆时较为适宜的化学预处理条件为:H2O2:5.0-6.0%,Mg(OH)2:4.35%,Na2SiO3:4.0%,EDTA:0.5%,液比:4:1,反应温度70-80℃,反应时间90 min。在该工艺条件下,当打浆度为450SR时,可得到白度为67.5-68.4%ISO,不透明度91.1%,光散射系数为47.65 m2·kg-1的浆料,但浆的强度较差,裂断长仅为1.32 km,撕裂指数仅为1.63 mN·m2·g-1。其次,通过对氢氧化镁部分或全部取代氢氧化钠的杨木APMP制浆的研究,发现,随着Mg(OH)2取代NaOH的量的增加,纸张的物理强度和白度下降,但不透明度、松厚度和光散射系数提高。镁碱部分取代单段杨木APMP制浆的较佳工艺条件为:Mg(OH)2取代量为50%,H2O2:5.0%,Na2SiO3:4.0%,EDTA:0.5%,液比:4:1,反应时间80 min;两段杨木APMP制浆的较佳工艺条件为:第一段全用氢氧化钠,第二段Mg(OH)2取代量为50%。在该工艺条件下,可得到白度为71.9%ISO,裂断长为3.76 km,撕裂指数为4.53 mN·m2·g-1,不透明度83.3%,光散射系数为42.52 m2·kg-1的浆料。与此同时,采用Mg(OH)2的杨木APMP制浆可以有效降低废水COD含量。随着氢氧化镁取代量的增加,制浆废液中的COD含量下降,从而更有利于实现清洁生产。在相同OH-用量的情况下,随着氢氧化镁取代量的增加,纸浆中木素、碳水化合物和有机溶剂抽出物溶出率均下降。再次,通过对浆料纤维质量分析和纸浆纤维扫描电镜形貌图的观察,发现,随着Mg(OH)2取代量的增加,所得纸浆纤维的长度加权平均长度逐渐变短,不论是数均细小纤维含量还是长度加权含量,均表现为随着Mg(OH)2取代量的增加逐渐增加。最后,通过对不同镁碱取代的杨木APMP纸浆纤维表面XPS分析,表明,随着氢氧化镁取代量的增加,C1s结合能下降,C1s峰面积增大,O1S峰面积减少,即O/C比减少,说明,镁碱杨木APMP浆纤维表面木素含量增加,碳水化合物含量减少;同时通过对丙酮抽提前后的纸浆纤维的XPS对比分析,丙酮抽提后的O/C比增加,降低了纤维表面木素等疏水性物质的含量。镁碱APMP浆料其强度性能较差的原因主要有以下几点:①镁碱的弱碱性以及Mg2+在纤维表面的吸附,使得纤维的润胀度差,纤维柔韧度下降,从而使磨浆进程中,纤维切断较多,纤维平均长度较短,细小纤维含量较高;②镁碱的弱碱性使得纤维表面木素溶出较少,况且纤维表面的疏水性物质含量增加,阻碍了纤维与纤维之间的联接与结合。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-24
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 中国造纸工业的现状  12
    1.1.2 中国造纸行业的可持续发展  12-13
    1.1.3 中国林纸一体化工程  13-15
  1.2 杨木APMP 制浆技术  15-17
    1.2.1 我国APMP 制浆的发展现状  15-16
    1.2.2 碱性过氧化氢化学机械浆的制浆机理  16
    1.2.3 APMP 制浆的优缺点  16-17
  1.3 Mg(OH)_2 在制浆造纸中的应用  17-21
    1.3.1 氢氧化镁作为碱源的浆料H_2O_2 漂白  17-18
    1.3.2 氢氧化镁在H_2O_2 漂白中的作用  18-20
    1.3.3 镁碱代替钠碱的H_2O_2 漂白对浆料性质的影响  20
    1.3.4 氢氧化镁代替氢氧化钠的纸浆H_2O_2 漂白在生产中的应用  20-21
  1.4 论文的研究目的、意义及内容  21-24
    1.4.1 研究目的和意义  21-22
    1.4.2 主要研究内容  22-24
第2章镁碱杨木APMP 制浆工艺的研究  24-36
  2.1 原料和方法  24-25
    2.1.1 试验原料  24
    2.1.2 工艺流程  24-25
    2.1.3 工艺条件  25
  2.2 结果与讨论  25-34
    2.2.1 镁碱杨木APMP 制浆工艺的研究  26-33
    2.2.2 镁碱与钠碱单段预处理杨木APMP 浆性能的比较  33-34
  2.3 小结  34-36
第3章 Mg(OH)_2部分代替 NaOH 的单段预处理杨木 APMP 制浆  36-46
  3.1 试验  36-38
    3.1.1 试验原料  36
    3.1.2 工艺流程  36
    3.1.3 工艺条件  36-38
    3.1.4 测试分析  38
  3.2 结果与讨论  38-44
    3.2.1 不同氢氧化镁取代量对杨木APMP 纸浆性能的影响  38-40
    3.2.2 不同过氧化氢用量对镁碱取代杨木APMP 纸浆性能的影响  40-41
    3.2.3 不同预处理温度对镁碱取代杨木APMP 浆性能的影响  41-42
    3.2.4 不同预处理时间对APMP 浆性能的影响  42-43
    3.2.5 Mg(OH)_2 对杨木APMP 浆料纤维的影响  43-44
    3.2.6 Mg(OH)_2 对杨木APMP 制浆废水的影响  44
  3.3 结论  44-46
第4章 Mg(OH)_2替代 NaOH 的两段预处理杨木 APMP 制浆  46-58
  4.1 试验  46-47
    4.1.1 原料  46
    4.1.2 有机溶剂抽出物含量的测定  46-47
    4.1.3 综纤维素含量的测定  47
  4.2 试验  47-49
    4.2.1 流程  47-48
    4.2.2 工艺条件  48-49
    4.2.3 测试分析  49
  4.3 结果与讨论  49-56
    4.3.1 不同氢氧化镁取代量对两段预处理杨木APMP纸浆物理性能的影响  49-50
    4.3.2 不同氢氧化镁取代量对杨木APMP 纸浆光学性能的影响  50-51
    4.3.3 氢氧化镁不同取代量对APMP 纸浆化学成分的影响  51-54
    4.3.4 Mg(OH)_2 取代率对杨木APMP 浆料纤维的影响  54-55
    4.3.5 Mg(OH)_2 对杨木APMP 制浆废水的影响  55-56
  4.4 结论  56-58
第5章杨木镁碱 APMP 浆料纤维特性及纤维表面化学成分变化研究  58-76
  5.1 试验原料和方法  58-60
    5.1.1 试验原料  58
    5.1.2 工艺流程  58
    5.1.3 纤维质量分析  58-59
    5.1.4 扫描电镜观察  59
    5.1.5 保水值测定  59
    5.1.6 纤维表面化学成分分析  59-60
  5.2 结果与讨论  60-74
    5.2.1 镁碱和钠碱的杨木APMP 浆料纤维质量分析  60
    5.2.2 扫描电镜分析  60-62
    5.2.3 镁碱杨木APMP 纸浆保水值  62-65
    5.2.4 纸浆纤维表面XPS 分析  65-74
  5.3 结论  74-76
第6章结论  76-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读硕士学位期间发表的论文  86

杨木镁碱过氧化氢化学机械法制浆及其机理研究

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