CN109736119A - 一种纸浆漂白方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型纸浆漂白方法，包括：（1）酸性条件下的氧脱木素漂白段；（2）碱处理段；（3）活化处理段；（4）过氧化氢漂白段；其中，氧脱木素漂白工艺中使用H2SO4调节纸浆的pH为4~5，加入的H2O2和MnO2在酸性条件下形成的过氧酸氧化脱木素和去除过渡金属离子，氧气促使MnO2转化成的MnO4 ‑与木质素发生氧化还原反应，使木质素大分子碎片化，木质素大分子溶出；氧气被还原为HOO·，使木素大分子裂解，脱除木素。本发明所述纸浆漂白方法得到的纸浆质量好，白度可达到80%ISO以上，相对于同等工艺条件下的碱性氧脱木素，卡伯值降低了1.5左右，脱木素效率提高。
Description
技术领域
本发明属于制浆造纸工艺技术领域，具体涉及一种酸性条件下氧脱木素的纸浆漂白方法。
背景技术
现在，氧脱木素已经成为一种工业化的成熟漂白技术，未漂浆残余木素的1/3-1/2可以用氧在碱性条件下除去而不会引起纤维强度的严重损失，而且废液中不含氯，可用于粗浆洗涤且洗涤液可送到碱回收系统处理和燃烧。但是，纸浆氧脱木素也面临着很多挑战：(1)碱性氧脱木素中，碳水化合物降解严重，主要发生碱性氧化降解和剥皮反应，纸浆黏度大大降低。(2)纸浆中存在的过渡金属离子(铁、铜等)对氢氧游离基(HO·)的形成有催化作用,加速碳水化合物水解。
为了保护碳水化合物，潘晓峰等人进行了氧脱木素时碳水化合物降解的动力学研究。周学飞等人研究了氧脱木素过程中纸浆中木质素、碳水化合物包括糖类组份含量的变化,为优化氧脱木素工艺参数提供理论依据。赵建等人进行了纸浆在氧脱木素前进行硝酸、过氧酸、高锰酸钾以及过氧化氢等预处理以除去过渡金属离子的研究。
发明内容
为解决现有的碱性氧脱木素漂白过程中碳水化合物降解严重等问题，本发明提供了一种新型的酸性氧脱木素方法。
本发明所述纸浆漂白方法包括：(1)酸性条件下的氧脱木素漂白段；(2)碱处理段；(3)活化处理段；(4)过氧化氢漂白段；其中，氧脱木素漂白工艺中使用H2SO4调节纸浆的pH为酸性，加入的H2O2和MnO2在酸性条件下形成的过氧酸氧化脱木素和去除过渡金属离子，氧气促使MnO2转化成的MnO4 -与木质素发生氧化还原反应，使木质素大分子碎片化，木质素大分子溶出；氧气被还原为HOO·，使木素大分子裂解，脱除木素。
进一步的，本发明所述方法包括如下具体步骤：
(1)氧脱木素漂白段：取碱法蒸煮后的纸浆，添加H2SO4调节纸浆的pH为酸性，加入MnO2和H2O2，均匀混合后置于氧脱木素反应器内，调节转速压力温度，通入氧气进行氧脱木素漂白；
(2)碱处理段：将步骤(1)处理后的纸浆进行洗涤浓缩，加入NaOH，在酸性氧脱木素阶段，木质素大分子被破坏，使木素碎片化，经过碱处理使木质素被充分溶出；
(3)活化处理段：将步骤(2)处理后的纸浆进行洗涤浓缩，添加活化剂，对纸浆进行活化处理；
(4)过氧化氢漂白段：将步骤(3)处理后的纸浆进行洗涤浓缩，加入H2O2、NaOH和稳定剂Na2SiO3，均匀混合后加热进行反应，得漂白后的纸浆。
优选地，所述步骤(1)的纸浆浓度为8-10wt％，H2SO4用量为绝干浆的1.0-2.0wt％，MnO2用量为绝干浆的0.05-0.15wt％，H2O2用量为绝干浆的0.5-1.5wt％；氧脱木素反应器的压力为0.5-0.6Mpa；反应时间为80-100min；转速为180-200r/min，其中升温至90-120℃后调节转速至300-320r/min，在90-120℃和转速为300-320r/min的条件下通入氧气反应3min后调回转速180-200r/min，然后在90-120℃和转速为180-200r/min的条件下持续通氧至反应结束。
优选地，步骤(2)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6-8wt％；所述NaOH的用量为绝干浆的1-2wt％；所述碱处理段的反应温度为50-60℃，反应时间30-40min。
优选地，步骤(3)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6-7wt％；所述活化剂包括四乙酰乙二胺、邻菲罗啉或乙酰胺中的至少一种；所述活化剂的用量为绝干浆的0.3-1.0wt％；所述活化反应的温度为50-60℃，反应时间30-40min。
优选地，步骤(4)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为8-10wt％，所述H2O2的加入量为绝干浆的2.0-3.0wt％，所述NaOH的加入量为绝干浆的0.6-1.0wt％，所述稳定剂Na2SiO3的加入量为绝干浆的0.5-0.8wt％；所述过氧化氢漂白所需要的温度为85-100℃，所需反应时间为120-140min。
优选地，所述步骤(1)的纸浆浓度为10wt％。
优选地，步骤(2)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为8wt％。
优选地，步骤(3)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6wt％。
优选地，步骤(4)中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为10wt％。
优选地，氧脱木素漂白工艺中使用H2SO4调节纸浆的pH为4-5。
优选地，所述蒸煮后的纸浆为蒸煮后的桉木浆；
本发明相对于现有技术具有如下优点及效果：
(1)纸浆中存在的过渡金属离子(铁、铜等)对氢氧游离基的形成有催化作用，加速碳水化合物水解，因此碱性氧脱木素前一般进行酸预处理以除去过渡金属离子，酸性氧脱木素则不需要。在酸性氧脱木素过程中H2SO4、H2O2的加入可形成过氧酸以除去金属离子。将预处理除金属离子和氧脱木素合二为一，显著改善氧脱木素的效率和选择性。
(2)在酸性条件下，氧气促使二氧化锰转化为MnO4 -，MnO4 -与木质素发生氧化还原反应，使木质素大分子碎片化，有助于木质素大分子溶出。产生的Mn2+具有空轨道，一部分和木素以及碳水化合物的双键、羰基等基团络合在一起，一部分仍然以游离态存在于纸浆中，游离态的Mn2+可以通过洗涤除去，络合于纸浆中的对后续漂白无影响。
(3)氧脱木素过程中，分子氧在氧化木素时，通过一系列电子转移，本身被逐步还原。酸性氧脱木素时，氧气被还原为氢过氧游离基(HOO·)。氢过氧游离基(HOO·)主要降解木素大分子，提高纸浆白度；同时HOO·作用于木素苯环上的发色集团，破坏醌类等结构并转化成无色单元，使苯环氧化开环形成一系列二元的羧酸和芳香酸。HOO·为亲核试剂，使木素大分子裂解，以此脱除木素。
附图说明
图1为纸浆漂白方法的流程图。
具体实施方式
本发明所述实施例均按照图1的流程图，具体实施方式如下所示。
实施例1
碱法蒸煮后纸浆进行酸性氧脱木素漂白，调节纸浆浓度为8wt％，同时添加1wt％(对绝干浆)的H2SO4、0.05wt％(对绝干浆)的MnO2、0.5wt％(对绝干浆)的H2O2，将浆料均匀混合置于氧脱木素反应器内，调节反应器压力0.6Mpa、转速180r/min，升温至90℃时，调节转速至300r/min，通入氧气3分钟后转速调至180r/min，恒温90℃下持续通氧反应80min；
浆料洗涤浓缩后进入碱处理段，碱处理段调节纸浆浓度为6wt％并添加1wt％(对绝干浆)NaOH，水浴温度50℃，反应30min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，调节纸浆浓度为6wt％并添加0.3wt％(对绝干浆)活化剂四乙酰乙二胺和乙酰胺，对浆料进行活化处理，水浴温度50℃，反应30min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，过氧化氢漂段调节纸浆浓度为8wt％，加入2wt％(对绝干浆)H2O2、0.6wt％(对绝干浆)NaOH和0.5wt％(对绝干浆)稳定剂Na2SiO3。浆料与药品均匀混合置于密封袋中，置于恒温85℃水浴锅，反应时间120min。漂白后浆料洗涤，记为样品1，测量样品的白度、黏度、卡伯值。
实施例2
碱法蒸煮后纸浆进行酸性氧脱木素漂白，调节纸浆浓度为9wt％，同时添加1.5wt％(对绝干浆)H2SO4、0.1wt％(对绝干浆)MnO2、1wt％(对绝干浆)H2O2，将浆料均匀混合置于氧脱木素反应器内，调节反应器压力0.6Mpa、转速190r/min，升温至105℃时，调节转速至310r/min，通入氧气3分钟后转速调至190r/min，恒温105℃下持续通氧反应90min；
浆料洗涤浓缩后进入碱处理段，碱处理段调节纸浆浓度为7wt％并添加1.5wt％(对绝干浆)NaOH，水浴温度55℃，反应35min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，调节纸浆浓度为6.5wt％并添加0.6wt％(对绝干浆)活化剂四乙酰乙二胺、邻菲罗啉，对浆料进行活化处理，水浴温度55℃，反应35min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，过氧化氢漂段调节纸浆浓度为9wt％，加入2.5wt％(对绝干浆)H2O2、0.8wt％(对绝干浆)NaOH和0.6wt％(对绝干浆)稳定剂Na2SiO3。浆料与药品均匀混合置于密封袋中，置于恒温90℃水浴锅，反应时间130min。漂白后浆料洗涤，记为样品2，测量样品的白度、黏度、卡伯值。
实施例3
碱法蒸煮后纸浆进行酸性氧脱木素漂白，调节纸浆浓度为10wt％，同时添加2wt％(对绝干浆)H2SO4、0.15wt％(对绝干浆)MnO2、1.5wt％(对绝干浆)H2O2，将浆料均匀混合置于氧脱木素反应器内，调节反应器压力0.6Mpa、转速200r/min，升温至120℃时，调节转速至320r/min，通入氧气3分钟后转速调至200r/min，恒温120℃下持续通氧反应100min；
浆料洗涤浓缩后进入碱处理段，碱处理段调节纸浆浓度为8wt％并添加2wt％(对绝干浆)NaOH，水浴温度60℃，反应40min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，调节纸浆浓度为7wt％并添加1wt％(对绝干浆)活化剂邻菲罗啉或乙酰胺，对浆料进行活化处理，水浴温度60℃，反应40min；
浆料洗涤浓缩后进入下一段漂白，过氧化氢漂段调节纸浆浓度为10wt％，加入3wt％(对绝干浆)H2O2、1wt％(对绝干浆)NaOH和0.8wt％(对绝干浆)稳定剂Na2SiO3。浆料与药品均匀混合置于密封袋中，置于恒温100℃水浴锅，反应时间140min。漂白后浆料洗涤，记为样品3，测量样品的白度、黏度、卡伯值。
对比例
碱法蒸煮后纸浆进行氧脱木素漂白，调节纸浆浓度为10wt％，同时添加1.5wt％(对绝干浆)NaOH、0.2wt％(对绝干浆)MgSO4、1.5wt％(对绝干浆)H2O2，将浆料均匀混合置于氧脱木素反应器内，调节反应器压力0.6Mpa、转速180r/min，升温至120℃时，调节转速至300r/min，通入氧气3分钟后转速调至180r/min，反应100min。接下来纸浆处理与实施例3中完全一样，漂白后浆料洗涤，记为样品4，测量样品的白度、黏度、卡伯值。
表1实施例所得样品的白度、黏度和卡伯值
从表1结果可知，本发明采用酸性氧脱木素漂白流程制得的纸浆样品白度比传统氧脱木素漂白流程制得的纸浆样品高9％ISO至14％ISO，卡伯值降低了1至1.7，脱木素效率提高，黏度略有下降。
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上述实施例的限制，其它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。
Claims (9)
1.一种纸浆漂白方法，其特征在于，包括:（1）酸性条件下的氧脱木素漂白段；（2）碱处理段；（3）活化处理段；（4）过氧化氢漂白段；其中，氧脱木素漂白工艺中使用H2SO4调节纸浆的pH为酸性，加入的H2O2和MnO2在酸性条件下形成的过氧酸氧化脱木素和去除过渡金属离子，氧气促使MnO2转化成的MnO4 -与木质素发生氧化还原反应，使木质素大分子碎片化，木质素大分子溶出；氧气被还原为HOO·，使木质素大分子裂解，脱除木质素。
2.根据权利要求1所述的纸浆漂白方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）氧脱木素漂白段：取碱法蒸煮后的纸浆，添加H2SO4调节纸浆的pH为酸性，加入MnO2和H2O2，均匀混合后置于氧脱木素反应器内，调节转速压力温度，通入氧气进行氧脱木素漂白；
（2）碱处理段：将步骤（1）处理后的纸浆进行洗涤浓缩，加入NaOH；
（3）活化处理段：将步骤（2）处理后的纸浆进行洗涤浓缩，添加活化剂，对纸浆进行活化处理；
（4）过氧化氢漂白段：将步骤（3）处理后的纸浆进行洗涤浓缩，加入H2O2、NaOH和稳定剂Na2SiO3，均匀混合后加热进行反应，得漂白后的纸浆。
3.根据权利要求2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，所述步骤（1）的纸浆浓度为8-10wt%，H2SO4用量为绝干浆的1.0-2.0 wt%，MnO2用量为绝干浆的0.05-0.15 wt%，H2O2用量为绝干浆的0.5-1.5wt%；氧脱木素反应器的压力为0.5-0.6 Mpa；反应时间为80-100 min；转速为180-200 r/min；其中反应温度升至90-120 ℃后调节转速至300-320 r/min，在90-120℃和转速为300-320r/min的条件下通入氧气反应3 min后调回转速180-200 r/min，然后在90-120 ℃和转速为180-200 r/min的条件下持续通氧至反应结束。
4.根据权利要求2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，步骤（2）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6-8 wt%；所述NaOH的用量为绝干浆的1-2 wt%；所述碱处理段的反应温度为50-60 ℃，反应时间30-40 min。
5.根据权利要求2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，步骤（3）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6-7 wt%；所述活化剂包括四乙酰乙二胺、邻菲罗啉或乙酰胺中的至少一种；所述活化剂的用量为绝干浆的0.3-1.0 wt%；所述活化反应的温度为50-60 ℃，反应时间30-40 min。
6.根据权利要求2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，步骤（4）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为8-10 wt%，所述H2O2的加入量为绝干浆的2.0-3.0 wt%，所述NaOH的加入量为绝干浆的0.6-1.0 wt%，所述稳定剂Na2SiO3的加入量为绝干浆的0.5-0.8 wt%；所述过氧化氢漂白所需要的温度为85-100℃，所需反应时间为120-140min。
7.根据权利要求2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，所述步骤（1）的纸浆浓度为10wt%；
步骤（2）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为8 wt%；
步骤（3）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为6 wt%；
步骤（4）中纸浆进行洗涤浓缩后再调节浓度为10 wt%。
8.根据权利要求1或2所述的纸浆漂白方法，其特征在于，氧脱木素漂白工艺中使用H2SO4调节纸浆的pH为4-5。
9.根据权利要求1至8任一项所述的纸浆漂白方法，其特征在于，所述纸浆为桉木浆。
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