CN111424453B - 一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废纸制浆造纸技术领域，公开了一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法。该方法经废纸浆原料的准备、表面活性剂预处理、打浆、超声波浮选、洗涤脱墨、过氧化氢漂白及纸张抄造等步骤，通过对脱墨工艺的创新改进，在打浆操作前进行表面活性剂的预处理，通过表面活性剂丙烯酸和异佛尔酮二异氰酸酯之间的协同作用，可有效增强后续废纸脱墨的效果，增强纸张强度。并对过氧化氢漂白工艺进行改进，以漆酶作为预漂白剂，硫酸镁、硅酸钠以及氢氧化钠作为漂白保护剂，过氧化氢作为漂白剂，异壬酰氧苯磺酸钠作为助漂剂，漂白后的废纸脱墨浆强度好，白度高、白度稳定性好，而且显著降低漂白废液中的COD值。

Description

一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法
技术领域
本发明属于废纸制浆造纸技术领域，具体地，涉及一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法。
背景技术
造纸用植物纤维原料短缺和环境污染问题一直是制约我国制浆造纸工业持续健康发展的主要障碍。近些年，废纸制浆造纸工艺以其较低的原料成本和环境污染负荷等优势逐渐受到关注，发展迅猛。废纸的回收利用是解决造纸工业面临的资源短缺、能源浪费、污染严重的有效途径。废纸破碎后的再生浆，由于在碎解和脱墨过程中使纸的白度下降，所以纸浆的漂白工艺技术在废纸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。
废纸制浆造纸过程中，脱墨工艺和漂白工艺对纸浆最终的质量具有很大的影响，目前常用的废纸脱墨漂白处理工艺步骤如下：在高浓水力打浆机中脱墨、筛选净化、洗涤机清洗、浓缩机浓缩、漂白池漂白、磨浆机磨浆、抄纸机抄纸。现有的废纸脱墨漂白处理工艺主要存在以下缺陷：(1)由于无压印刷、静电印刷等新型技术的问世，油墨的种类也日益增加，例如，紫外光固油墨、激光印刷油墨、苯胺印刷油墨等，这些油墨是造成脱墨困难的主要原因，导致废纸脱墨效果差，尤其是对木质素含量较多的废纸时长会发生碱损至黑的现象，使脱墨纸浆的白度下降。(2)现有的过氧化氢漂白工艺都是以氢氧化钠作为碱性介质。由于氢氧化钠的强碱性会溶出半纤维素和木素，降低纸浆得率，增加废水BOD5和CODcr污染负荷；同时，氢氧化钠会使纸浆体系初始碱性较高，由此形成的溶解与胶体物质(DCS)会对纸机运行和成纸质量带来不良影响；而且，在过氧化氢漂白的生产线上会形成大量的草酸。(3)废纸脱墨浆漂浆得率低，强度差，而且白度稳定性差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明首要目的在于提供一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，通过对脱墨及漂白工艺的创新改进，可以有效增强废纸脱墨的效果，得到高强度、高白度的废纸脱墨浆，并且可以提高白度的稳定性。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，包括如下具体步骤：
S1.废纸浆原料的准备：将废纸剪切成纸片，置于蒸馏水浸泡，然后进行脱水至含水量为30～40％，得到废纸原料；
S2.表面活性剂的预处理：将废纸原料加入35～45℃水中将其稀释至浓度为40～60g/L，加入表面活性剂丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯搅拌；所述废纸原料、丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为100：(0.1～0.16)：(0.06～0.1)，制得表面活性剂的预处理的废纸浆料；
S3.打浆：将表面活性剂预处理的废纸浆料加入至打浆机中，加入35～45℃水中将其稀释至浓度为15～25g/L；加入脱墨剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和月桂酸二乙醇胺，所述表面活性剂预处理的废纸浆料、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和月桂酸二乙醇胺的质量比为20：(0.03～0.05)：(0.05～0.08)，加入氢氧化钠调节浆料的pH为8～9；进行打浆脱墨，制得浆料；
S4.超声波浮选、洗涤脱墨：将浆料加入40℃水中稀释浓度至5～10g/L，然后加入至XFD浮选槽中浮选，XFD浮选槽内安装有超声波发生器，浮选过程中一直开启，浮选脱墨后的浆料先经80～100目布袋洗涤，再经筛浆机筛浆，脱水干燥后，得到废纸脱墨浆；
S5.过氧化氢漂白：将废纸脱墨浆调制成质量百分比浓度为5～10％的待漂白废纸脱墨浆溶液，加入质量比为(1～3)：(0.3～1)：(0.7～2)：(2.5～3.5)：(0.4～0.6)：(0.01～0.05)的硅酸钠、硫酸镁、氢氧化钠、过氧化氢、异壬酰氧苯磺酸钠和漆酶的漂白剂，搅拌均匀，在55～100℃漂白反应，冷却后经清洗，得到漂白的废纸脱墨浆料；
S6.纸张抄造：选取漂白的废纸脱墨浆料，使用抄片机抄造成定量为58～62g/m2的纸张。
优选地，步骤S1中所述纸片大小为(20～30)×(20～30)mm。
优选地，步骤S1中所述废纸的质量和蒸馏水的体积比为200g：(1～5)L。
优选地，步骤S1中所述浸泡的时间为24～36h。
优选地，步骤S2中所述搅拌的时间为5～6h。
优选地，步骤S3中所述打浆脱墨的时间为20～30min。
优选地，步骤S4中所述浮选的时间为10～20min。
优选地，步骤S5中所述的硅酸钠、硫酸镁、氢氧化钠、过氧化氢、异壬酰氧苯磺酸钠和漆酶的加入顺序为：先加入漆酶，在55～65℃持续搅拌并恒温25～35min；然后升温至75～85℃，并依次加入过氧化氢、硫酸镁氢氧化钠和硅酸钠，反应30～90min；最后升温至90～100℃，再加入异壬酰氧苯磺酸钠，反应20～30min。
优选地，步骤S5中所述的漂白剂为废纸脱墨浆总质量的1～3％。
优选地，步骤S5中所述漂白反应的时间为90～150min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过对废纸脱墨工艺进行改进，在打浆操作前进行表面活性剂的预处理，通过加入适量的表面活性剂丙烯酸和异佛尔酮二异氰酸酯之间的协同作用，可以有效增强后续废纸脱墨的效果，并且增强纸张强度；
2.本发明采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和月桂酸二乙醇胺作为脱墨剂，并在pH为8～9的的弱碱性条件进行脱墨，可以有效减少废纸浆内的油墨残余浓度，提高脱墨效果；
3.本发明在浮选过程中加入超声波辅助，可以有效增强浮选效率，提高浮选效果；
4.本发明通过对过氧化氢漂白工艺进行改进，以漆酶作为预漂白剂，硫酸镁、硅酸钠以及氢氧化钠作为漂白保护剂，过氧化氢作为漂白剂，异壬酰氧苯磺酸钠作为助漂剂，漂白后的废纸脱墨浆强度好，白度高、白度稳定性好，而且可以显著降低漂白废液中的COD值；
5.本发明通过对过氧化氢漂白工艺进行改进，可显著降低漂白废液污染负荷。
附图说明
图1为本发明废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法
图1为本发明废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法的工艺流程示意图。如图1所示，具体包括如下步骤：
1.废纸浆原料的准备：取200g旧报纸，剪切成30mm×30mm的纸片，置于大桶中倒入5L的蒸馏水浸泡24h后停止浸泡，然后使用离心机进行脱水至含水量为32％，脱水后将绝干废纸原料装入密封袋中备用；
2.表面活性剂的预处理：称取100g的绝干废纸原料，加入2L的40℃水中将废纸原料稀释至浓度为50g/L，开启搅拌机进行搅拌；搅拌开始时，加入质量为0.12g的丙烯酸单体，持续搅拌1h；再加入质量为0.08g的异佛尔酮二异氰酸酯持续搅拌5h；制得表面活性剂的预处理的废纸浆料；
3.打浆：将表面活性剂预处理的废纸浆料加入至打浆机中，加入3L的40℃水中将浆料稀释至浓度为20g/L；加入适量氢氧化钠作为pH调节剂，使得浆料的pH维持在8-9的弱碱性范围内；在打浆机中加入0.2g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，开启打浆机，打浆10min；再加入0.3g月桂酸二乙醇胺，然后再持续打浆20min；制得浆料；
4.超声波浮选、洗涤脱墨：将浆料加入40℃水中稀释浓度至8g/L，然后加入至XFD浮选槽中浮选15min，XFD浮选槽内安装有超声波发生器，浮选过程中一直开启，浮选脱墨后的浆料先经80目布袋洗涤，再经筛浆机筛浆，脱水干燥后，得到废纸脱墨浆；
5.过氧化氢漂白：将绝干质量为80g的废纸脱墨浆加适量蒸馏水，将废纸脱墨浆调制成质量百分比浓度为8％的待漂白废纸脱墨浆溶液，并装入至漂白瓶内；将其放入温度为60℃的恒温水浴锅内进行预升温，并加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.03％的漆酶，持续搅拌，并恒温30min；然后升温至80℃，并依次加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的3％的过氧化氢、0.5％的硫酸镁、1.2％的氢氧化钠和2％的硅酸钠，反应60min；最后升温至90℃，并向废纸脱墨浆内加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.5％的异壬酰氧苯磺酸钠，反应30min后，迅速将漂白瓶取出，用冷水浴将其冷却，然后打开漂白瓶，用蒸馏水以1％的浓度清洗5次后，浆料风干，得到漂白的废纸脱墨浆；
6.纸张抄造：选取漂白的废纸脱墨浆料，使用抄片机抄造成定量为60±2g/m2的纸张。
实施例2
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.1g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.1g。
实施例3
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.14g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.08g。
实施例4
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.16g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.06g。
对比例1
与实施例1不同的在于：省略步骤2，即不进行表面活性剂的预处理，直接进行打浆。
对比例2
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.08g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.14g。
对比例3
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.06g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.16g。
对比例4
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.18g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.04g。
对比例5
与实施例1不同的在于：步骤2中所述的丙烯酸单体加入的质量为0.2g，所述异佛尔酮二异氰酸酯加入的质量为0.02g。
对比例6
与实施例1不同的在于：步骤4中浮选过程中关闭超声波发生器。
性能测试：
(1)按照TAPPI标准T452的要求，采用白度仪(L&W Elrepho 070，瑞典)测定纸张白度。
(2)残余油墨浓度：用ERIC950残余油墨测定仪测定脱墨浆的残余油墨浓度。
(3)返黄值(P.C.值)用于评估纸张的返黄程度，返黄值越大说明纸张返黄越严重。把手抄纸放入恒温干燥箱(105±2℃)4h，取出后放入TAPPI标准T402规定的恒温恒湿室24h，测定烘后纸张的白度。根据公式(1)和公式(2)计算纸张的返黄值。
P.C.值＝[(k/s)后-(k/s)前]×100 式(1)
k/s＝(1-R∞)2/2R∞ 式(2)
式中，k表示光吸收系数；s表示光散射系数；R∞表示纸张的ISO白度。
(4)纸张强度，按照TAPPI标准T494，T414和T403分别在抗张强度测定仪(L&W 062，瑞典)、撕裂度仪(L&W 009，瑞典)和耐破度测定仪(L&W180，瑞典)上测定纸张的抗张强度、撕裂度和耐破度，分别除以相应纸张的定量得到纸张的抗张指数、撕裂指数和耐破指数，实验数据如表1所示：
表1表面活性剂的预处理后相关实验数据
Figure BDA0002407971730000061
Figure BDA0002407971730000071
表1为表面活性剂的预处理后相关实验数据。从表1中可以看出，对比例1(未进行表面活性剂处理)中最终抄造得到的纸张白度最低，残余油墨量最高，返黄值最大，并且抗张强度、撕裂度和耐破度均较差，这表明，在打浆前进行表面活性剂的预处理是非常有必要的，并且步骤2中丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯的加入量也是具有一定最优范围的，当丙烯酸的加入量为0.05～0.08g/L，异佛尔酮二异氰酸酯的加入量为0.03～0.05g/L时，可以有效增强纸浆的白度，减少残余油墨量，减少返黄，并且可以提高纸张的强度，当丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯的加入量不在最佳范围值内时，虽然也可以部分增强纸浆的白度，减少残余油墨量，减少返黄，但是效果并不是特别理想。对比实施例1与对比例6中的数值可以看出，浮选过程中开启超声波发生器对脱墨是具有一定促进作用的，其可能的原因是通过超声波振动可以使得一些难以分离的油墨得以松动，然后配合脱墨剂，使得这部分难以脱离的油墨得到有效的脱离。
实施例5
与实施例1不同的在于：步骤5中所述漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.01％。
实施例6
与实施例1不同的在于：步骤5中所述漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.02％。
实施例7
与实施例1不同的在于：步骤5中所述漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.04％。
实施例8
与实施例1不同的在于：步骤5中所述漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.05％。
实施例9
与实施例1不同的在于：步骤5中所述漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.06％。
对比例7
与实施例1不同的在于：省略步骤5，即不加入漆酶，直接进行过氧化氢漂白。
对比例8
与实施例1不同的在于：将步骤5中的0.5％的异壬酰氧苯磺酸钠替换成0.5％的乙二胺四乙酸(EDTA)。
对比例9
与实施例1不同的在于：将步骤5中的0.5％的硫酸镁替换成0.5％的氢氧化钠。
性能测试：按照国家标准(GB11914-1989)的要求对漂白废液进行CODCr的检测，具体数据如表2所示。
表2漆酶添加量对漂白效果及纸张强度影响的相关实验数据
Figure BDA0002407971730000081
Figure BDA0002407971730000091
表2为漆酶添加量对漂白效果及纸张强度影响的相关实验数据。从表2中可知，对比实施例1、实施例5-9以及对比例7中的数据可以看出，漆酶的加入对废纸浆的白度、残余油墨量、返黄值以及强度性能的影响不大，但是可以有效降低漂白后漂白液中COD含量，有利与环境保护。漆酶的加入量不宜过多，当漆酶的加入质量百分比含量为废纸脱墨浆绝干含量的0.03％后已经可以达到较好的效果，继续增加漆酶的使用量对漂白液中COD含量降低有限，但是会增加生产成本。
对比实施例1、实施例5-9以及对比例8中的数据可以看出，异壬酰氧苯磺酸钠在本过氧化氢漂白系统中发挥了重要作用，使用传统的螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)替代异壬酰氧苯磺酸钠后，废纸浆的白度显著降低、残余油墨量显著增加，返黄值提高，强度性能也有不同程度的降低，漂白液中的COD也显著增加。其可能的原因是，漆酶可以与异壬酰氧苯磺酸钠发生一定的协同作用，但是漆酶难以与过氧化氢漂白中常用的金属螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)发生协同作用。对比实施例1、实施例5-9以及对比例9中的数据可以看出，硫酸镁在本过氧化氢漂白系统中也发挥了重要作用，用硫酸镁替代传统过氧化氢漂白中的部分氢氧化钠可以显著降低漂白废液中有机物的含量，并且增强废纸浆的白度，降低残余油墨量和返黄值提高，并且可以提高纸张的强度性能。
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、组合和简化，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 (9)

1.一种废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.废纸浆原料的准备：将废纸剪切成纸片，置于蒸馏水浸泡，然后进行脱水至含水量为30～40％，得到废纸原料；
S2.表面活性剂的预处理：将废纸原料加入35～45℃水中将其稀释至浓度为40～60g/L，加入表面活性剂丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯搅拌；所述废纸原料、丙烯酸单体和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为100：(0.1～0.16)：(0.06～0.1)，制得表面活性剂的预处理的废纸浆料；
S3.打浆：将表面活性剂预处理的废纸浆料加入至打浆机中，加入35～45℃水中将其稀释至浓度为15～25g/L；加入脱墨剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和月桂酸二乙醇胺，所述表面活性剂预处理的废纸浆料、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和月桂酸二乙醇胺的质量比为20：(0.03～0.05)：(0.05～0.08)，加入氢氧化钠调节浆料的pH为8～9；进行打浆脱墨，制得浆料；
S4.超声波浮选、洗涤脱墨：将浆料加入40℃水中稀释浓度至5～10g/L，然后加入至XFD浮选槽中浮选，XFD浮选槽内安装有超声波发生器，浮选过程中一直开启，浮选脱墨后的浆料先经80～100目布袋洗涤，再经筛浆机筛浆，脱水干燥后，得到废纸脱墨浆；
S5.过氧化氢漂白：将废纸脱墨浆调制成质量百分比浓度为5～10％的待漂白废纸脱墨浆溶液，加入质量比为(1～3)：(0.3～1)：(0.7～2)：(2.5～3.5)：(0.4～0.6)：(0.01～0.05)的硅酸钠、硫酸镁、氢氧化钠、过氧化氢、异壬酰氧苯磺酸钠和漆酶的漂白剂，搅拌均匀，在55～100℃漂白反应，冷却后经清洗，得到漂白的废纸脱墨浆料；所述的漂白剂加入顺序为：先加入漆酶，在55～65℃持续搅拌并恒温25～35min；然后升温至75～85℃，并依次加入过氧化氢、硫酸镁、 氢氧化钠和硅酸钠，反应30～90min；最后升温至90～100℃，再加入异壬酰氧苯磺酸钠，反应20～30min；
S6.纸张抄造：选取漂白的废纸脱墨浆料，使用抄片机抄造成定量为58～62g/m2的纸张。
2.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S1中所述纸片大小为(20～30)×(20～30)mm。
3.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S1中所述废纸的质量和蒸馏水的体积比为200g：(1～5)L。
4.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S1中所述浸泡的时间为24～36h。
5.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S2中所述搅拌的时间为5～6h。
6.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S3中所述打浆脱墨的时间为20～30min。
7.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S4中所述浮选的时间为10～20min。
8.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S5中所述的漂白剂为废纸脱墨浆总质量的1～3％。
9.根据权利要求1所述的废纸脱墨及镁碱基过氧化氢漂白方法，其特征在于，步骤S5中所述漂白反应的时间为90～150min。
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