CN105908553B - 一种非棉纤维素漂白方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非棉纤维素漂白方法，属于纤维素漂白领域，本发明通过联合活化剂和催化剂协助过氧化氢对非棉纤维素进行漂白，同时通过对于活化剂和催化剂对过氧化氢漂白非棉纤维素效果的影响，申请人发现：四乙酰乙二胺与过氧化氢反应生成的过氧乙酸在pH值为7‑8的条件下对色素和木质素具有良好的去除作用，而且漂白温度可降低至70‑80℃。此外，金属酞菁配合物与四乙酰乙二胺对过氧化氢去除色素和木质素具有协同增效作用，从而减少四乙酰乙二胺的用量，并有效提高漂白效果。

Description

一种非棉纤维素漂白方法
技术领域：
本发明属于纤维素漂白领域，尤其涉及一种非棉纤维素漂白方法。
背景技术：
非棉纤维素是指从农作物秸秆(如玉米秸秆、小麦秸秆、稻草等)、花生壳、甘蔗渣等废弃物和麻纤维、蔓藤等资源中提取的纤维素。为了获得白净的纤维素，漂白是纤维素提取过程中不可缺少的环节。而非棉纤维素资源通常含有大量的木质素、半纤维素等非纤维素成分，其中木质素不仅难以去净，而且使漂白产品易泛黄。目前，木质素最为有效的去除方法是采用含氯化合物进行处理，但是处理过程对环境污染严重。科研工作者经过大量的研究，发现过氧乙酸具有较强的去木素作用，但其稳定性较差，不仅易分解，而且遇碰撞将有爆炸的危险。
过氧化氢是一种常用的环保型氧化漂白剂，但通常需要在接近沸腾(95-100℃)的碱性条件(pH值为10-11)进行漂白，不仅能耗大，而且碱性高温漂白易使纤维素产生潜在损伤(表现为聚合度急剧下降)，对纤维素衍生物产品的质量稳定性产生严重影响。此外，过氧化氢漂白对木质素的去处效果较差。据资料报道，四乙酰乙二胺(TAED)和过氧化氢在弱碱性条件可生成过氧乙酸，但TAED价格较高，溶解性较差，不利于产业化应用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种非棉纤维素的漂白方法，本发明工艺简单，漂白条件温和、易控制，漂白效果和脱木质素能力好，对纤维素聚合度影响小，能源消耗少。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于，包括以下步骤：漂白→脱氧→水洗→脱水→烘干，其中：
(1)漂白：
调整浴比为1：8-15，将非棉纤维素于30-40℃时投入处理液中，以1-2℃/min升温至70-80℃，保温40-60min；
处理液组成为：过氧化氢6-10g/L，四乙酰乙二胺2-4g/L，金属酞菁配合物1-2g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8，渗透剂JFC为1-2g/L；
处理液的配制：于30-40℃，加入四乙酰乙二胺，待其充分溶解后，依次加入金属酞菁配合物、渗透剂JFC和过氧化氢，再采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液调节pH值；
(2)脱氧：
调整浴比为1：8-15，将漂白后的非棉纤维素于室温投入处理液中，升温至30-40℃，保温10-20min。
处理液组成：过氧化氢酶0.1-0.5g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8；
(3)水洗：
调整浴比为1：8-15，于20-30℃保温水洗5-10min，排水。
本发明的工作原理如下：
本发明通过联合活化剂和催化剂协助过氧化氢对非棉纤维素进行漂白，同时通过对于活化剂和催化剂对过氧化氢漂白非棉纤维素效果的影响，申请人发现：四乙酰乙二胺与过氧化氢反应生成的过氧乙酸在pH值为7-8的条件下对色素和木质素具有良好的去除作用，而且漂白温度可降低至70-80℃。此外，金属酞菁配合物与四乙酰乙二胺对过氧化氢去除色素和木质素具有协同增效作用，从而减少四乙酰乙二胺的用量，并有效提高漂白效果。
采用以下优选方案，可以获得更加的漂白效果和纤维性能：
所述非棉纤维素是指玉米秸秆、稻草、麦杆、黄麻、亚麻、苎麻、剑麻、竹子中提取的纤维素。
所述金属酞菁配合物是指锰酞菁配合物、铁酞菁配合物、铜酞菁配合物中一种。
所述过氧化氢质量浓度为30％。
步骤(1)中，过氧化氢的浓度为8g/L。
步骤(1)中，温度选择70℃。
步骤(1)中，漂白时间为60min。
本发明的有益效果如下：
通过使用本发明得到的一种非棉纤维素漂白方法，与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：(1)本发明处理温度低，能耗小；(2)本发明工艺简单，易控制；(3)漂白效果和脱木质素能力好；(4)纤维素聚合度影响小。
以下通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
本发明实施例所述的非棉纤维素是指玉米秸秆、稻草、麦杆、黄麻、亚麻、苎麻、剑麻、竹子等非棉资源中提取的纤维素。
本发明实施例所述的金属酞菁配合物是指锰酞菁配合物、铁酞菁配合物、铜酞菁配合物中的一种。
实施例：
一种非棉纤维素漂白方法，包括以下步骤：漂白→脱氧→水洗→脱水→烘干，其中：
(1)、漂白：
调整浴比为1：8-15，将纤维素于30-40℃时投入处理液中，以1-2℃/min升温至70-80℃，保温40-60min。
处理液组成为：过氧化氢质量浓度为(30％，w/w)6-10g/L，四乙酰乙二胺质量浓度为2-4g/L，金属酞菁配合物质量浓度为1-2g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8，渗透剂JFC为1-2g/L。
处理液的配制：于30-40℃，加入四乙酰乙二胺，待其充分溶解后，依次加入金属酞菁配合物、渗透剂JFC和过氧化氢，再采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液调节pH值；
(2)、脱氧：
调整浴比为1：8-15，将漂白纤维素于室温投入处理液中，升温至30-40℃，保温10-20min。
处理液组成：过氧化氢酶0.1-0.5g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8。
(3)、水洗：
调整浴比为1：8-15，于20-30℃保温水洗5-10min，排水。
(4)脱水。
(5)烘干。
对比例：
一种非棉纤维素漂白方法，包括以下步骤：漂白→脱氧→水洗→脱水→烘干，其中：
(1)漂白：
调整浴比为1：8-15，将纤维素于30-40℃时投入处理液中，以1.5℃/min升温至70-95℃，保温60-180min。
处理液组成为：过氧化氢质量浓度为(30％，w/w)8-20g/L，硅酸钠质量浓度为4-6g/L，渗透剂JFC为1g/L，用无水碳酸钠调节pH值为10.5。
(2)、脱氧：
调整浴比为1：10，将漂白纤维素于室温投入处理液中，升温至30℃，保温10min。
处理液组成：过氧化氢酶0.3g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8。
(3)、水洗：
调整浴比为1：10，于30℃保温水洗10min，排水。
(4)脱水。
(5)烘干。
不同处理液对漂白效果的影响：
基于上述实施例和对比例的漂白方法，分别调整步骤(1)的处理液组成及处理条件如表1所示，测试其对漂白效果的影响。
表1、不同处理液对漂白效果的影响
由表1可见：
比较实施例1和实施例2，与金属酞菁配合物相比，添加四乙酰乙二胺后，漂白的纤维素白度和聚合度较大，而木质素去除效果较差。实施列3中，漂白纤维素的白度和木质素去除率显著高于单独使用四乙酰乙二胺(实施例1)或金属酞菁配合物(实施例2)，聚合度介于实施例1和实施例2之间。由此可见，金属酞菁配合物和四乙酰乙二胺对过氧化氢去除色素和木质素具有协同增效作用。
比较对比例1和对比例2，白度和木质素去除率随着漂白温度升高而增大，但聚合度下降显著。
比较对比例和实施例3，金属酞菁配合物和四乙酰乙二胺复配可显著提高过氧化氢去色素和木质素能力，而对聚合度影响较小。
过氧化氢浓度对漂白效果的影响：
基于上述实施例和对比例的漂白方法，分别调整步骤(1)的处理条件如表2所示，测试过氧化氢浓度对漂白效果的影响。
表2、过氧化氢浓度对漂白效果的影响
表2可见：
比较对比例2-对比例4，纤维素白度和木质素去除率随着过氧化氢质量浓度增大而增大，但浓度超过15g/L继续增大时，白度和木质素去除率无显著变化，但聚合度确浓度的增大而迅速减小，且浓度越大，减小趋势越显著。
比较实施例4-实施例6，纤维素白度和木质素去除率随着过氧化氢质量浓度增大而增大，但浓度超过8g/L继续增大时，白度和木质素去除率无显著变化，而聚合度确一直随着浓度增大而减小。
比较两组对比例和实施例，可以看出：实施例可显著减少过氧化氢的用量，且处理的纤维素白度和木质素去除率显著高于传统漂白方法，聚合度损伤较小。
pH值调节剂对漂白效果的影响：
基于实施例5的漂白方法，调整步骤(1)的pH值调节剂如表3所示，测试pH值调节剂对漂白效果的影响。
表3、pH值调节剂对漂白效果的影响
表3可见：
pH值调节剂对处理效果具有显著影响。这是因为四乙酰乙二胺与过氧化氢反应生成过氧乙酸，使溶液pH值逐渐减小，而过氧乙酸的最佳漂白pH值为弱碱性，碱剂虽然可以中和酸，但稳定pH值的能力差，所以，采用缓冲溶液作为pH值调节剂时，处理效果最好。
pH值对漂白效果的影响：
基于实施例5的漂白方法，调整步骤(1)的pH值如表4所示，测试pH值对漂白效果的影响。
表4、pH值对漂白效果的影响
表4可见：
当pH值为7-8时，纤维素白度、木质素去除率和聚合度最好。这是因为，弱酸性条件，四乙酰乙二胺与过氧化氢反应速率较低，去色素和木质素效果较差，且纤维素在酸性条件下易降解而使聚合度下降；碱性较强时，过氧化氢和四乙酰乙二胺的稳定性变差，可发生有效反应的量减小，从而影响了去色素和木质素的效果，而且过氧化氢可能生成氧气等非有效漂白成分，但仍会氧化纤维素使其降解。
温度对漂白效果的影响：
基于实施例5的漂白方法，调整步骤(1)的温度如表5所示，测试温度调节剂对漂白效果的影响。
表5、温度对漂白效果的影响
表5可见：
在实施例5的条件下，温度选择70℃漂白效果最好。温度较低，反应较慢，处理效果不好。温度过高，过氧化氢和四乙酰乙二胺的稳定性变差，降低了有效漂白成分的量，氧气等非漂白成分仍会使纤维素发生氧化降解。与传统的过氧化氢漂白相比(对比实施例2-4)，本发明有效降低了漂白温度。
时间对漂白效果的影响：
基于上述实施例和对比例，调整步骤(1)的处理时间如表5所示，测试pH值调节剂对漂白效果的影响。
表6、时间对漂白效果的影响
表6可见：
对比实施例中，漂白最佳时间为120min，继续延迟时间，无益于处理效果的改善。实施例，最佳漂白时间为60min。由此可见，本发明可有效降低过氧化氢漂白时间。
总结：
综合表1-表6，与对比例相比，本发明可有效降低过氧化氢浓度、漂白温度、漂白时间和pH，提高去除色素和木质素的去除作用，而减小对聚合度的损伤，达到了降低能耗的目的。

Claims (5)

1.一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于，包括以下步骤：漂白→脱氧→水洗→脱水→烘干，其中：（1）漂白：调整浴比为1：8-15，将非棉纤维素于30-40℃时投入处理液中，以1-2℃/min升温至70-80℃，保温40-60min；处理液组成为：过氧化氢6-10g/L，四乙酰乙二胺 2-4g/L，金属酞菁配合物1-2g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8，渗透剂JFC为1-2g/L；处理液的配制：于30-40℃，加入四乙酰乙二胺，待其充分溶解后，依次加入金属酞菁配合物、渗透剂JFC和过氧化氢，再采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液调节pH值；（2）脱氧：调整浴比为1：8-15，将漂白后的非棉纤维素于室温投入处理液中，升温至30-40℃，保温10-20min；处理液组成：过氧化氢酶0.1-0.5g/L，采用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲溶液将pH值调至7-8；（3）水洗：调整浴比为1：8-15，于20-30℃保温水洗5-10min，排水，
其中，所述金属酞菁配合物是指锰酞菁配合物、铁酞菁配合物、铜酞菁配合物中一种。
2.根据权利要求1所述的一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于：所述非棉纤维素是指玉米秸秆、稻草、麦杆、黄麻、亚麻、苎麻、剑麻、竹子中提取的纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于：步骤（1）中，过氧化氢的浓度为8g/L。
4.根据权利要求1所述的一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于：步骤（1）中，温度选择70℃。
5.根据权利要求1所述的一种非棉纤维素漂白方法，其特征在于：步骤（1）中，漂白时间为60min。
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