近年来,造纸工业排放的标准越来越严格,纸浆漂白段的污染控制成为实现造纸工业清洁生产的关键因素。臭氧作为一种高效的含氧漂剂,越来越受到造纸工业的重视。低浓纸浆臭氧漂白工艺的研究将为臭氧在纸浆漂白中的工业化应用提供一条更有效、更具有可操作性的途径。阔叶木作为我国主要的造纸原材料之一,选择阔叶木浆作为本论文的研究对象,具有较为广泛的针对性。本论文采用自主设计的实验室低浓臭氧漂白反应装置对低浓硫酸盐阔叶木浆的臭氧漂白工艺进行了系统的研究。首先,通过单因素实验,探究浆浓、pH、臭氧用量、反应时间等因素对低浓阔叶木浆臭氧漂白工艺的影响,得到各自较适宜的工艺条件范围;在单因素实验的基础上,应用响应面优化法对臭氧漂白工艺条件进行优化,以浆浓、pH和臭氧用量为响应因子,根据Box-Behnken实验,分析3个因素及其交互作用对漂后纸浆白度、卡伯值以及黏度影响的显著性,得到该低浓阔叶木浆臭氧漂白的较优工艺条件为:浆浓3%,pH=2.0,臭氧用量1.0%,该实验条件下臭氧漂后阔叶木浆的白度、卡伯值、黏度分别为:43.5%ISO,7.47,700 mL/g。以臭氧用量作为自变量,研究臭氧漂白效果随臭氧用量的变化,得到卡伯值随臭氧用量变化的经验模型为:K=7.359x(O_3CON)^-0.2318,以0.8%的臭氧用量为分界点,分别得到黏度、白度随卡伯值变化的分段函数,并建立了漂白效率、选择性与臭氧用量之间的关系模型。臭氧漂白的动力学模型包含脱木素动力学模型以及碳水化合物降解动力学模型,结果表明,臭氧漂白过程反应复杂,其反应速率为多种因素共同作用的结果,对臭氧漂白的脱木素动力学采用指数模型:脱木素反应活化能E=40.190 KJ/mol。碳水化合物的降解动力学可看做由两个零级反应组成:其中,E₂=68.133 KJ/mol,E₃=40.132 KJ/mol。根据漂后纸浆的红外光谱、结晶度分析以及纤维形态观察对臭氧漂白的机理进行研究。红外光谱分析和结晶度变化表明低浓纸浆的臭氧漂白会破坏苯环上的羰基等发色基团,使木素降解溶出,纤维素的纯度提高;V助剂的添加可以提高漂后浆料的结晶度,使纤维素得到保护。纤维形态观察发现,臭氧漂白会对纤维表面造成损伤,使纤维表面出现严重的撕裂和分丝帚化现象;添加V助剂能有效保护纤维,减轻臭氧对其的破坏。