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目前,国内外关于提高过氧化氢(P)漂白效率的研究主要集中在漂白环境中过渡金属离子的螯合与脱除、漂白工艺的改进与过氧化氢自身活性的改进等方面,而关于添加助剂的木聚糖酶预处理、微波强化和浆中细小组分含量对过氧化氢漂白效率的影响和机理方面的研究甚少,本论文通过这几方面的研究探讨,为中浓纸浆漂白过程中的过氧化氢优化使用提供理论和技术支持。
在探讨添加助剂的木聚糖酶预处理中浓纸浆对后续过氧化氢漂白效率影响的研究过程中,对助剂种类及添加量进行了优化,确定了添加连二亚硫酸钠的木聚糖酶(X/R)预处理优化工艺条件为：木聚糖酶用量4.3XU/g,温度50℃,浆浓10％,时间90 min,pH值8.7,Na2S2O4添加量0.2％。纸浆的纤维分析结果表明,除了XP漂后浆中细小纤维含量相对较高之外,其它纸浆中的细小纤维含量基本相同。FTIR与XRD结果显示,麦草浆的红外N·OKI结晶指数与X衍射结晶度CrI之间呈明显的抛物线关系。AFM分析结果表明,原浆表面有不规则粗糙的区域,有相对平行于纤维轴的山峰和峡谷,X/R预处理后浆的表面有一些凸起,而(X/R)P漂后浆的表面比较光滑,基本没有凸起,以此建立了未漂麦草化学浆表面纤维素、半纤维素、木素与抽出物的分布状态模拟图。
EMAL木素的Py-GC/MS分析结果表明,X预处理过程中木聚糖酶优先进攻木素中紫丁香基单元上联接的木聚糖或联接键,X/R预处理使纸浆木素中愈疮木基单元比例减少,P漂白过程中H2O2优先进攻木素单元中的紫丁香基单元(S)与愈疮木基单元(G)。当G/S比值在1.43～9.48范围内,烧碱-蒽醌麦草浆的白度随着纸浆EMAL木素中G/S的比值增大而升高。13C-NMR谱图分析表明,X或X/R预处理对纸浆中木素的整体结构影响不大,木聚糖酶对木素中β-O-4相连的C或木素单元上的C2和C6有作用,FTIR分析结果也表明,X/R预处理使木素中的酯键断裂和酚羟基减少。根据EMAL木素的FTIR,Py-GC/MS和13C-NMR分析结果,建立了未漂麦草浆中木素-碳水化合物(LCC)结构模拟图,从模型图可以说明X/R预处理纸浆提高后续过氧化氢漂白效率的原因。
漂后浆中滤液的分析结果表明,P漂后浆中滤液的pH值、色度、CODcr和BOD5均高于X或X/R预处理后浆中滤液的,X/R预处理后浆中滤液的BOD5远低于X预处理后浆中滤液的,但所有滤液的生物可降解性都比较差(BOD5/CODcr<0.3);红外光谱显示,原浆P漂后浆、XP漂后浆和(X/R)P漂后浆中滤液的组成基本相似。
微波强化P漂白工艺研究结果显示,随着微波处理时间的延长,P漂后纸浆白度持续上升而后趋于平缓,一段微波处理对常规P漂后纸浆白度值的提高要优于两段微波处理的。FTIR与XRD结果显示,微波强化P漂后纸浆的X衍射结晶度与常规P漂后浆的相当,但前者的红外N·OKI值低于后者的。EMAL木素的Py-GC/MS分析表明,微波强化对纸浆木素单元中的愈疮木基单元略有作用。机理的探讨结果表明,微波强化P漂后纸浆白度值的微弱增加不只是微波的热效应作用,而主要是由于微波增大了过氧化氢反应过程中的传质系数缘故。添加助剂的过氧化氢漂白研究结果表明,过氧化氢漂白过程中添加过硼酸钠可明显提高P漂后纸浆的粘度、得率、成纸抗张与耐破指数。尿素的添加有助于提高中浓纸浆过氧化氢的漂白效率,然而,EMAL木素的Py-GC/MS分析表明,添加尿素对过氧化氢漂白效率的提高与纸浆中木素组成的相关性不大。另外,还探索了纸浆中细小组分含量对中浓纸浆过氧化氢漂白效率的影响,当细小组分含量大于5％时,P漂后纸浆的白度较低,显微镜观察显示,细小组分中大部分是非纤维细胞,其中80％左右(面积)是尘埃,20％左右是杂细胞或细小纤维。