高温高压过氧化氢对不同卡伯值纸浆和木素的作用及机理研究

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为了适应环保的要求,ECF和TCF漂白正逐步取代传统的含氯漂白。在ECF和TCF漂白中,压力高温过氧化氢漂白以其漂白时间短和漂后纸浆白度高等特点而受到国内外研究者的关注。 本文在尾叶桉低卡伯值硫酸盐浆高温高压过氧化氢漂白己有的研究基础上,对不同卡伯值浆的漂白效果进行研究,并对有关的过氧化氢漂白机理进行探讨,调查了木素在模拟高温高压过氧化氢漂白反应后有关结构和基团的变化。研究的目的是为发展无污染、短流程的高白度纸浆漂白技术,实现与环境友好的制浆造纸过程提供相关的参考依据。 对不同卡伯值尾叶桉硫酸盐浆在高温高压条件下过氧化氢漂白的研究进一步表明,在相同漂白条件下,卡伯值较低的原浆漂后白度高于卡伯值较高的浆样。同常规过氧化氢漂白相比,高温高压过氧化氢漂白能在较短的时间内将纸浆漂到较高的白度。在高温高压过氧化氢漂白过程中,升温阶段是浆料白度上升的快速阶段,特别在升温20分钟内上升得最快。对漂后浆返黄值的测定结果表明,高温高压过氧化氢漂后浆的白度稳定性比较好。 研究结果表明,尾叶桉纸浆中己烯糖醛酸(HexA)的含量为20~501μmol/g,它对卡伯值有2~8个单位的贡献。每除去7.5μmol/g的HexA,纸浆的卡伯值约降低1个单位。纸浆中苯醇抽出物含量对纸浆卡伯值也有一定的贡献,尾叶桉纸浆中每除去1%的苯醇抽出物含量,纸浆的卡伯值约降低1.5个单位。纸浆在去除己烯糖醛酸和苯醇抽出物之后的卡伯值可以反映纸浆中总木素的含量,实验得出尾叶桉KP纸浆中总木素含量(y)与纸浆卡伯值(x)(去除己烯糖醛酸和苯醇抽出物后)之间呈近似线性的关系,其线性方程为:y=0.2371x+0.0215(相关系数R<2>=0.9923)。 利用紫外光谱、红外光谱和<1>H-NMR研究了木素与常规过氧化氢和高温高压过氧化氢反应前后结构的变化。结果表明,硫酸盐木素经80℃过氧化氢反应后,木素的芳香结构已造成一定的破坏,而经高温高压过氧化氢反应条件后,木素的芳香结构破坏更为明显;与过氧化氢在高温高压条件下反应后,木素中的羰基结构明显增加,而木素的酚羟基含量和甲氧基结构含量明显减少;通过比较在不同条件下(温度、压力、过氧化氢用量、氢氧化钠用量)木素与过氧化氢反应前后的结构变化,表明温度是影响木素在与过氧化氢反应中产生新的功能基种类或使功能基含量明显增减的主要因素,其它反应条件(压力、过氧化氢用量、氢氧化钠用量)的变化对木素的功能基含量有影响,但对其种类的影响相对较少。 研究证明FC法(FOlin-Ciocalteu试剂法)是一种快速、简单的测定木素中酚羟基的方法,它既可以测定木素中的酚羟基含量,而且也可以直接测定纸浆中酚羟基含量。本研究用FC法测定了硫酸盐木素与过氧化氢反应前后酚羟基含量的变化,并与Uv差示光谱法测得的木素酚羟基含量进行比较,同时还用FC法测定了蒸煮、氧脱木素和过氧化氢漂白后不同卡伯值纸浆中残余木素的酚羟基含量。测定结果表明,硫酸盐木素在与碱性过氧化氢反应后,酚羟基含量降低,高温过氧化氢反应后的下降程度更为明显;浆料残余木素中的酚羟基含量随着浆料卡伯值的降低而下降。
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