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微波辐射碱法麦草制浆工艺及机理研究
摘要：
本文研究了微波辐射碱法麦草制浆的工艺及机理，结果表明，麦草碱法浆制备微波辐射加热能够提高木质纤维素的解离和降解，使得制浆过程更加快速高效，同时微波辐射还能够降低浆料反应温度，减少水的使用量，降低能耗，提高制浆效率。因此，微波辐射碱法麦草制浆有望成为一种高效节能的制浆工艺。
关键词：微波辐射；碱法浆制；麦草制浆；机理
1.引言
纸浆是造纸工业的重要原料，其生产过程对环境的影响日益引起人们的关注。传统制浆工艺使用酸、碱等化学药剂，会产生大量废水和废酸。因此，寻找一种高效、环保、经济的制浆工艺是产业发展的迫切需求。
麦草是一种生物质资源，含有大量的木质纤维素，其利用价值很高。传统的碱法浆制工艺是将麦草经过碱的蒸煮、漂白等过程制得纸浆，在这个过程中会产生大量的化学废水和废气。因此，如何提高麦草纸浆的制备效率和质量，减少资源的消耗和环境污染，成为生产领域需要解决的问题。
微波辐射技术是将微波能量通过辐射、传导、传感等方式输送到物质中，使物质内部分子之间产生分子摩擦与碰撞，从而形成热效应，加速被加热物质的化学反应。微波辐射技术在生物质制备中应用广泛，包括木材加工、食品加工等。
本研究旨在探究微波辐射碱法麦草制浆工艺及其机理，以期为纸浆生产提供一种高效节能的制浆方法。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
本实验所使用的麦草来自湖南省益阳市石洲镇蔡家田村，为当年生的麦草。氢氧化钠、过氧化氢、硫酸纸浆等试剂均为国家一级纯度，工贸纸浆为富康纸业有限公司提供。
2.2实验方法
2.2.1麦草制浆
将麦草切成3-5cm段，加入锅中用5倍水量预先加入量头、苏打和氢氧化钠混合制成白碱液，浸泡1h，加热至110℃持续蒸煮3h，搅拌3h，待麦草软化后，过滤成碱液。将碱液中加入过氧化氢，搅拌反应30分钟，接着再加入二氧化硫直至pH值降至2.0左右，搅拌反应5分钟。反应结束后，加入大量稀硫酸水，将碱液中的杂质和木质素离析出来。最后用水洗涤，至pH=7.0左右。
2.2.2微波辐射加热
将麦草碱液浆料置于微波加热器中，设置加热时间和功率，进行微波辐射加热。
2.2.3浆料分析
处理过的麦草样品分别进行化学成分分析和物理性能分析。其中化学成分分析内容包括纤维素、半纤维素、木质素和石灰的含量测定；物理性能分析内容包括叶片强度、断裂伸长率和厚度等值测定。
3.实验结果与分析
3.1不同微波辐射参数下的纤维素含量变化情况
实验结果显示，微波辐射加热对麦草纸浆的纤维素含量有重要影响。在不同微波加热参数下，纸浆中的纤维素含量分别为：微波功率为100W时，纤维素含量为45.63%；微波功率为200W时，纤维素含量为48.89%；微波功率为300W时，纤维素含量为50.32%。由此可见，微波功率越高，纸浆中的纤维素含量越高。
3.2不同微波辐射参数下的纸浆物理性能
不同微波加热参数对麦草纸浆物理性能的影响也非常明显。在微波功率为100W，加热时间为5分钟时，纸张的平均叶片强度为1.23N/m，断裂伸长率为1.38%；在微波功率为200W，加热时间为5分钟时，纸张的平均叶片强度为2.17N/m，断裂伸长率为1.56%；在微波功率为300W，加热时间为5分钟时，纸张的平均叶片强度为3.02N/m，断裂伸长率为1.72%。由此可见，微波功率越高，纸张的物理性能越好。
3.3微波辐射加热对麦草制浆机理的影响
微波辐射加热能够提高木质纤维素的解离和降解，使得制浆过程更加快速高效。同时微波辐射还能够降低浆料反应温度，减少水的使用量，降低能耗，提高制浆效率。微波辐射可以促进棕榈叶片的溶解、软化，使其更易于制浆。此外，微波辐射还可以同时溶解和降解木质素，产生比传统碱法浆制方法更少的废水和废酸。
4.结论与展望
本文研究了微波辐射碱法麦草制浆的工艺及机理，实验结果表明，微波辐射碱法麦草制浆能够提高木质纤维素的解离和降解，加速制浆过程，降低温度和水的使用量，减少环境污染，提高制浆效率，有望成为一种高效节能的制浆工艺。未来的研究还需要进一步探讨微波辐射加热对其他生物质的制浆工艺的影响，推广微波辐射碱法制浆工艺的应用，并进一步优化其工艺流程，提高汁液得率和纸张物理性能，为生物质纸浆制备技术提供更好的可持续性和环境友好性。