CN103266522A - 一种废纸浆料的漂白方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废纸浆料的漂白方法，采用以下步骤：（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)进行螯合预处理；（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理；（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。本发明在短程序漂白工艺条件下，改善纸浆漂白性能，提高纸浆强度性能，解决了废纸纤维在传统漂白过程中强度性能发生衰变的问题，增加了废纸纤维的回用次数，可以解决阻碍我国造纸工业发展的资源和环境的问题。

Description

一种废纸浆料的漂白方法

技术领域

本发明涉及制浆造纸工艺技术领域，特别涉及一种废纸浆料的漂白方法。

背景技术

随着保护森林资源、发展低碳经济的需要，废纸纤维的回收利用已经引起了世界各国的重视。废纸利用率的迅速增长成为世界造纸工业的重要发展趋势。现在废纸回收率可高达50%以上，其中废旧箱板纸回收率可达80%以上，废新闻纸回收率可达70%以上，过去30多年中世界废纸消费量急剧增长，从1970年的约3000万t增加到2006年的1.95亿t，而我国废纸浆占造纸用浆的比例由1990年的28.1%增加到2011年的68.2%。废纸纤维的回收利用具有巨大的经济和环境价值，利用废纸生产1吨高白度脱墨浆较利用植物原料生产1吨化学浆可节约水50%，节约化学药品60%～70%，节约能源50%以上，同时减少75%的空气污染以及35%的水污染。因此，废纸纤维的回用有助于缓解我国植物资源匮乏和能源紧缺的矛盾，并且有利于减轻日益严重的环境污染，对于保护我国的生态环境起到重要作用。

植物原生纤维经过制浆和造纸工艺过程后，发生了品质衰变的现象，具体表现在纤维润胀性能、纤维强度和纸页物理性能下降，且这种衰变在后续的纤维回用过程中逐渐恶化，甚至使废纸纤维丧失造纸能力。而纸浆的漂白工艺技术在制浆造纸生产过程中占有重要地位，与纸浆和成纸的质量、物料和能量消耗及对环境的影响有密切的关系。漂白是植物纤维制浆造纸工艺工程的必要步骤，为了提高废纸纤维的强度性能，提高其利用水平和价值，有必要在漂白过程中对废纸纤维进行一定处理。因此研究探索高白度、高强度、低污染的纸浆漂白工艺，可以提高废纸纤维的质量，提升废纸纤维的润胀能力，提高废纸纤维回用品质，增加废纸回用次数，这对于合理有效利用农林废物，解决我国造纸工业原料短缺问题，推进林纸一体化工程和我国造纸工业的可持续发展具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种废纸浆料的漂白方法，能够减缓传统漂白过程对废纸纤维性能的损伤，提高废纸纤维回用品质，增加废纸纤维回用次数。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种废纸浆料的漂白方法，采用以下步骤：

（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)进行螯合预处理；

（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理；

（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。

步骤（1）所述在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理，具体为：

控制浆浓为5～8wt%，H₂SO₄的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1.5～2.0wt%，NaHSO₃的用量为1～1.5%，预处理温度为65～75℃，预处理时间为15～25min；

步骤（1）所述螯合预处理，具体为：

控制浆浓为5～8wt%，二乙基三胺五乙酸(DTPA)的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～0.7wt%，预处理温度为65～75℃，预处理时间为35～45min。

步骤（2）所述进行硼氢化钠预处理，具体为：

控制浆浓为8～10wt%，硼氢化钠的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.05～0.1wt%，pH值9～10，预处理温度为75～85℃，预处理时间为3～8min。

步骤（3）所述加入酸碱缓冲剂，进行过氧化氢漂白，具体为：

控制浆浓为8～10wt%，酸碱缓冲剂的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1～2%，过氧化氢漂白具体为：加入重量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～3wt%的H₂O₂，0.5～2wt%的NaOH，2～3wt%的Na₂SiO₃，0.05～0.1wt%的MgSO₄，漂白温度为65～75℃，漂白时间为100～120min。

本发明的理论基础如下：

纸张其原料都是以纤维素为主的植物纤维，纤维素的两大反应-水解和氧化是造成纸张劣化的主要原因。针对水解反应，依靠现有脱酸技术可以有效去除纸浆内部的酸性物质，以达到阻止或减缓水解反应的发生。而纤维素的氧化作用，从本质上来说，是纤维素大分子链上的羟基被氧化，失去形成氢键的能力，而使纤维素分子链之间失去相互作用力，最终导致纸张脆弱。因此，从理论上来说，利用一定的还原剂，将氧化的官能团还原成羟基，使之重新形成氢键，从而达到加固纸张的目的。硼氢化物是有机反应中常用的还原剂，其中以硼氢化钾和硼氢化钠为代表，两种物质都广泛应用于有机还原工艺。硼氢化钠作为还原剂，不仅能够纤维素氧化基团得到还原，而且由于硼氢化钾溶液呈碱性，还对纸浆起到了脱酸作用。经过处理的纸浆，碳基含量降低，氧化发色基团减少，白度有了明显提高，还原生成的羟基经过脱水干燥重新形成氢键，使纸张的机械强度有了一定提高。

除此之外，pH值对漂白过程有较大影响，其影响主要表现在:在H₂O₂漂白，过高或过低的pH值都会引起H₂O₂大量无效的分解，从而不能和木素发色基团进行脱色反应。H₂O₂漂白过程中，为了促进起漂白作用的OOH^-离子的生成，漂白必须是在pH值大于10的漂液中进行，较高的漂液碱度有利于反应朝着OOH^-离子生成的方向进行。研究表明H₂O₂漂白最佳pH范围应该在10.5～11.5，过高或过低的pH值会引起H₂O₂大量无效分解。传统控制漂液pH值的方法是在漂白初始添加强酸或强碱使pH值达到要求，但对漂白过程中pH值的波动却无能为力。因此在漂白中添加酸碱缓冲剂来控制漂液pH值在一定范围内，能提高漂后纸浆的各项物理性能，从而提高废纸纤维回用品质。

因此，本发明采用氧化还原两段漂白工艺，在传统的过氧化氢漂白前使用硼氢化钠进行预处理：（1）可以除去大部分来自碱处理纸浆纤维中的乙酰基，添加H₂O₂前脱乙酰基可消除在H₂O₂漂白过程中形成的过乙酸并可提高的H₂O₂稳定性；(2)硼氢化钠降低了过渡金属离子含量，使分解H₂O₂的活性较低，因此稳定性好；（3）硼氢化钠预处理纸浆，使H₂O₂在漂白过程中抑制了碱性条件对浆料变色的反应。硼氢化钠降低了木素的A-羧基对醇共轭作用，并防止DAKIN（达金）反应（达金反应导致醌形成，高氧化状态过渡金属或H₂O₂分解会引起类似达金反应）。由于硼氢化钠减少了过渡金属，因此，改进了H₂O₂的稳定性，从而提高漂白浆白度和降低H₂O₂消耗量。同时，在漂白过程中加入酸碱缓冲剂，能有效地控制漂白系统的pH值并保护废纸纤维，从而在一定程度上降低了漂白过程中pH大范围变化对植物纤维的破坏作用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）采用无氯漂白药剂过氧化氢漂白，漂白工艺操作步骤简单，所需化学药品价格便宜，所需反应条件温和，并降低了漂白废水对环境的污染，漂白废水易于处理后回用或达标排放，而且漂白纸浆具有高白度和高强度的性能，可广泛应用于一般的造纸厂。

（2）通过酸化螯合及硼氢化钠对废纸脱墨浆进行预处理，降低了废纸脱墨浆中的过渡金属离子的含量，可减少后续过氧化氢漂白过中过氧化氢的无效分解，降低后续漂白化学药剂的用量，提高漂白效率，降低纸浆生产成本；

（4）过氧化氢漂白过程中，使用酸碱缓冲剂有效控制漂白体系的pH值，降低了漂白过程中pH大范围变化对植物纤维的破坏作用；

（3）本发明能有效抑制传统漂白过程中废纸纤维的品质衰变，使得植物纤维经过回用漂白后，其强度不会发生较大的下降，能够提高废纸纤维的回用次数，这将带来巨大的社会效益、经济效益和环境效益。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例取废旧新闻纸（ONP）经碱性脱墨后，白度为55.2%ISO，采用以下步骤进行漂白方法：

（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)进行螯合预处理；

所述在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理，具体为：

控制浆浓为5wt%，H₂SO₄的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1.5wt%，NaHSO₃的用量为1%，预处理温度为65℃，预处理时间为15min；

所述螯合预处理，具体为：

控制浆浓为5wt%，二乙基三胺五乙酸(DTPA)的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5wt%，预处理温度为65℃，预处理时间为35min。

（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理，具体为：

控制浆浓为8wt%，硼氢化钠的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.05wt%，pH值9，预处理温度为75℃，预处理时间为3min。

（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。

所述加入酸碱缓冲剂，进行过氧化氢漂白，具体为：

控制浆浓为8～10wt%，酸碱缓冲剂的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1%，过氧化氢漂白具体为：加入重量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～3wt%的H₂O₂，0.5wt%的NaOH，2wt%的Na₂SiO₃，0.05wt%的MgSO₄，漂白温度为65℃，漂白时间为100min。

本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的性能检测结果如下表所示：白度66.12%ISO，与相同条件下常规无硼氢化钠预处理的传统过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高4.54%，纸浆抗张指数提高18.10%，撕裂指数提高7.04%，耐破指数提高13.25%。

表1本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的测试结果

实施例2

本实施例取废旧新闻纸（ONP）经碱性脱墨后，白度为55.2%ISO，采用以下步骤进行漂白方法：

（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)进行螯合预处理；

所述在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理，具体为：

控制浆浓为8wt%，H₂SO₄的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的2.0wt%，NaHSO₃的用量为1.5%，预处理温度为75℃，预处理时间为25min；

所述螯合预处理，具体为：

控制浆浓为8wt%，二乙基三胺五乙酸(DTPA)的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.7wt%，预处理温度为75℃，预处理时间为45min。

（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理，具体为：

控制浆浓为10wt%，硼氢化钠用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.1wt%，pH值10，预处理温度为85℃，预处理时间为8min。

（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到表漂白后的废纸浆料；

所述加入酸碱缓冲剂，进行过氧化氢漂白，具体为：

控制浆浓为10wt%，酸碱缓冲剂用量为废纸脱墨浆的绝干浆的2%，过氧化氢漂白具体为：加入重量为废纸脱墨浆的绝干浆的3wt%的H₂O₂，2wt%的NaOH，3wt%的Na₂SiO₃，0.1wt%的MgSO₄，漂白温度为75℃，漂白时间为120min。

本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的性能检测结果如下表所示：白度64.97%ISO，与相同条件下常规无硼氢化钠预处理的传统过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高2.72%，纸浆抗张指数提高11.21%，撕裂指数提高8.04%，耐破指数提高5.30%。

表2本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的测试结果

实施例3

本实施例取废旧新闻纸（ONP）经碱性脱墨后，白度为55.2%ISO，采用以下步骤进行漂白方法：

（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)进行螯合预处理；

所述在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理，具体为：

控制浆浓为5wt%，H₂SO₄的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的2.0wt%，NaHSO₃用量为1%，预处理温度为70℃，预处理时间为20min；

所述螯合预处理，具体为：

控制浆浓为5wt%，二乙基三胺五乙酸(DTPA)用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.6wt%，预处理温度为70℃，预处理时间为40min。

（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理，具体为：

控制浆浓为10wt%，硼氢化钠用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.1wt%，pH值10，预处理温度为80℃，预处理时间为5min。

（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到表漂白后的废纸浆料；

所述加入酸碱缓冲剂，进行过氧化氢漂白，具体为：

控制浆浓为10wt%，酸碱缓冲剂用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1.5%，过氧化氢漂白具体为：加入重量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～3wt%的H₂O₂，2wt%的NaOH，3wt%的Na₂SiO₃，0.05wt%的MgSO₄，漂白温度为70℃，漂白时间为120min。

本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的性能检测结果如下表所示：白度65.50%ISO，与相同条件下常规无硼氢化钠预处理的传统过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高3.56%，纸浆抗张指数提高14.13%，撕裂指数提高8.38%，耐破指数提高8.61%。

表3本实施例所得废旧新闻纸脱墨漂白浆的测试结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种废纸浆料的漂白方法，其特征在于，采用以下步骤：

（1）在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理后，不经洗涤直接加入二乙基三胺五乙酸进行螯合预处理；

（2）洗涤经步骤（1）处理后的废纸脱墨浆，进行硼氢化钠预处理；

（3）洗涤经步骤（2）处理后的废纸脱墨浆，加入酸碱缓冲剂后进行过氧化氢漂白，经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。

2.根据权利要求1所述的废纸浆料的漂白方法，其特征在于，步骤（1）所述在废纸脱墨浆中加入H₂SO₄及NaHSO₃进行酸化预处理，具体为：

控制浆浓为5～8wt%，H₂SO₄的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1.5～2.0wt%，NaHSO₃的用量为1～1.5%，预处理温度为65～75℃，预处理时间为15～25min。

3.根据权利要求1所述的废纸浆料的漂白方法，其特征在于，步骤（1）所述螯合预处理，具体为：

控制浆浓为5～8wt%，二乙基三胺五乙酸的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～0.7wt%，预处理温度为65～75℃，预处理时间为35～45min。

4.根据权利要求1所述的废纸浆料的漂白方法，其特征在于，步骤（2）所述进行硼氢化钠预处理，具体为：

控制浆浓为8～10wt%，硼氢化钠的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.05～0.1wt%，pH值9～10，预处理温度为75～85℃，预处理时间为3～8min。

5.根据权利要求1所述的废纸浆料的漂白方法，其特征在于，步骤（3）所述加入酸碱缓冲剂，进行过氧化氢漂白，具体为：

控制浆浓为8～10wt%，酸碱缓冲剂的用量为废纸脱墨浆的绝干浆的1～2%，过氧化氢漂白具体为：加入重量为废纸脱墨浆的绝干浆的0.5～3wt%的H₂O₂，0.5～2wt%的NaOH，2～3wt%的Na₂SiO₃，0.05～0.1wt%的MgSO₄，漂白温度为65～75℃，漂白时间为100～120min。