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关于纸浆过氧化氢漂白的应用研究资料很多,但相应的漂白机理和动力学研究,特别是在多相反应基础上对漂白动力学的研究资料较少。本文以硫酸盐法红麻浆作为研究对象,在实现对纸浆中重金属离子有效稳定的基础上,系统研究了纸浆过氧化氢漂白中的“白度封顶”现象,并在多相反应的基础上对漂白机理和漂白动力学进行了研究。拓广了过氧化氢漂白的理论研究,并对过氧化氢的工业漂白具有一定理论指导意义。
采用原子吸收法测得纸浆中的重金属离子主要为Cu、Mn、Fe三种。这三种金属离子在漂白过程中常常会造成过氧化氢的无效分解。采用纸浆中存在的重金属离子与稳定剂一一对应的研究方法得出重金属离子的最佳稳定方案:EDTA/Cu=20(摩尔比,pH 5~6),Na<,2>O·1.5SiO<,2>/M=66(摩尔比,M=Mn+Fe,pH 11.0)。
纸浆的多次循环过氧化氢漂白、恒定漂剂条件的过氧化氢漂白以及纸浆的单次过氧化氢漂白中均存在“白度封顶"现象。“白度封项”段纸浆白度、特定光吸收系数k<,457>、色差及卡伯值均不随漂白时间发生变化。而纸浆的粘度随漂白时间的延长持续降低,表明“白度封顶”段纸浆中的纤维素、半纤维素继续与过氧化氢发生了降解反应。
硫酸盐法红麻浆过氧化氢漂白反应属于非均相非催化反应的范畴;H<,2>O<,2>、OH<->在纸浆悬浮液中的物理扩散步骤不是过氧化氢漂白反应的速率控制步骤;根据多相非催化反应的特点及过氧化氢漂白的动力学曲线将纸浆漂白分为三个动力学步骤即反应机理:1.HO<->、H<,2>O<,2>在纸浆纤维细胞壁中木素活化位置的化学吸附;2.发生在纤维细胞壁中的漂白反应;3.反应中脱除或改变了结构的发色团从纤维表面的脱除。在此反应机理的基础上,根据纤维表面发色团反应活化能随覆盖率的增加而线性增加的假设,分别建立了白度提高段及“白度封项“段的动力学方程。并采用最小二乘算法原理求得动力学方程中的参数值,进行了漂白的各工艺参数对漂白动力学影响的探讨。
木聚糖酶预处理后纸浆特定光吸收系数变化不明显,但在过氧化氢漂白后纸浆光吸收系数比未经木聚糖酶预处理的纸浆明显降低。木聚糖酶预处理后纸浆漂白速率提高,吸附动力学参数k<,1>、k<,2>的变化揭示了木聚糖酶的促漂作用是通过增加H<,2>O<,2>、OH<->在纤维表面的吸附量实现的。
采用红外、紫外、<1>H-NMR、<31>P-NMR等光谱技术研究了漂白动力学不同阶段的纸浆中残留木素及溶出木素的结构特点,揭示了过氧化氢漂白过程的不同阶段木素结构单元的反应活性及溶出的规律。