竹浆深度脱木素蒸煮同步留硅工艺及机理的研究.doc

竹浆深度脱木素蒸煮同步留硅工艺及机理的研究合理利用非木材原料对改善我国造纸原料结构具有重要意义，然而非木材原料硅元素含量比木材原料高，在制浆过程中易造成“硅干扰”现象，研究减轻“硅干扰”问题对合理利用非木材原料具有积极的意义。论文对竹浆蒸煮同步留硅工艺及机理进行了研究，本课题在优化竹浆蒸煮工艺基础上探索了二氧化硅的溶出规律，根据二氧化硅的溶出规律采用在蒸煮不同阶段添加留硅剂的方式达到蒸煮同步留硅的目的，并运用现代分析仪器XPS、SEM、XRD对留硅机理进行了初步研究。优化后的竹浆蒸煮工艺为：用碱量24%，硫化度24%（NaOH计），预浸段液比/成浆段液比=1:4/1:4.5，预浸段用碱量10%，硫化度12%，剩余碱液在成浆段补加，蒸煮曲线为常温升温至100℃用时60min，在100℃温度下保温60min；重新加入药液后升温至143℃用时30min,在143℃温度下保温90min,再次升温至160℃用时20min,在最高温度下保温60min，蒸煮后纸浆卡伯值为26，聚合度为1267，得率为46.71%。在竹浆优化后的蒸煮工艺条件下研究二氧化硅的溶出规律，原料中的二氧化硅在预浸段溶出率高于成浆段的溶出率，预浸段的溶出率为48%，成浆段的溶出率为22.4%。预浸段pH值高原料中的硅大量溶出，而成浆段的pH值较预浸段pH值稍低，造成本来已经溶出的硅重新吸附沉淀在纤维上。实验研究表明偏铝酸钠、硫酸铝、氧化钙均具有留硅效果，且氧化钙、硫酸铝的组合协同留硅效果优于单独添加的留硅效果，优化后的竹浆蒸煮同步留硅工艺为：用碱量24%，硫化度24%（NaOH计），预浸段液比/成浆段液比=1:4/1:4.5，预浸段用碱量10%，硫化度12%，氧化钙添加量2.0%，剩余碱液在成浆段补加，蒸煮曲线为常温升温至100℃用时60min，在100℃温度下保温60min；加入剩下的蒸煮液，添加硫酸铝1.04%后升温至143℃用时30min,在143℃温度下保温90min，再次升温至160℃用时20min，在最高温度下保温60min。此蒸煮同步留硅工艺条件下总除硅率77.54%，纸浆中二氧化硅含量0.6798%。SEM-EDAX研究发现偏铝酸钠、氧化钙都具有留硅效果，但作用机理不一致，偏铝酸钠与硅酸钠反应后形成极细小的固体颗粒吸附在纤维上，细小的固体颗粒在纤维上分布均匀，阻止硅向黑液中转移，从而达到留硅的作用；而氧化钙与硅酸钠等反应生成了片状的颗粒吸附在纤维上，而且分布极不均匀；预浸段添加硫酸铝、成浆段添加氧化钙所形成的沉淀物颗粒细小，而且成分类似沸石；预浸段添加氧化钙、成浆段添加硫酸铝所形成的沉淀物颗粒更复杂，但是沉淀物颗粒中硅元素含量更高。XPS研究发现氧化钙、硫酸铝、偏铝酸钠具有留硅效果，但单独在预浸段使用留硅作用并不明显，在预浸段添加氧化钙、成浆段添加硫酸铝后留硅效果明显，对浆样的XPS分析表明硅在细胞壁中分布较均匀，留在浆中的硅化物主要由有机硅化物和无机硅化物组成，无机硅化物含量更多，主要为SiO₂、SiS₂、silicates和K₂SiF₈，有机硅化物主要为ETSiCl₃。