過氧化氫漂白機(jī)理及在制漿造紙中的應(yīng)用

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1、過氧化氫漂白機(jī)理及在制漿造紙中的應(yīng)用2012年3月第1期(總第106期)江蓀造紙JIANGSUZAOZHI?27?過氧化氫漂白機(jī)理及在制漿造紙中的應(yīng)用楊恒張素風(fēng)(陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院,陜西西安,710021)摘要過氧化氫(H:02)是無元素氯漂白(ECF漂白)和全無氯漂白(TCr漂白)中使用的主要漂白劑之一.近年來,隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),過氧化氫漂白因其漂白范圍廣,白度穩(wěn)定性好,廢水中不含有毒氯化物可實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán),藥品可回收以及節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)在紙漿漂白領(lǐng)域中越來越受到重視.本文對過氧化氫漂白的機(jī)理及在制漿造紙中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述.關(guān)鍵詞過氧化氫;H202;漂白;機(jī)理傳統(tǒng)的制漿造

2、紙工業(yè)中一般都使用含氯漂白劑進(jìn)行漂白,產(chǎn)生的漂白廢液對環(huán)境會造成一定程度的危害.自20世紀(jì)80年代以來,出于環(huán)境保護(hù)方面的考慮,人們致力于開發(fā),推廣氧系漂劑.過氧化氫(H0:),又稱為雙氧水,開始越來越多的應(yīng)用于紙漿漂白領(lǐng)域.近年來,隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)問題特別是二嘌英(AOX)等毒性有機(jī)物危害的重視,現(xiàn)代制漿造紙工業(yè)要求更多地使用的氧系漂劑來替代部分甚至全部氯系漂劑.目前,過氧化氫已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用于制漿漂白工業(yè)中,其漂白效果好,對環(huán)境無污染,在紙漿懸浮體中不產(chǎn)生氯的衍生物,符合環(huán)保要求.過氧化氫正快速代替氯氣,二氧化氯以及次氯酸鈉等氯系漂劑,成為主要漂劑.未來制漿造紙工業(yè)的清潔生產(chǎn)

3、必將推動過氧化氫的更廣泛應(yīng)用.1過氧化氫漂白的脫木素化學(xué)反應(yīng)過氧化氫漂白時,主要是通過阻止木素中單個發(fā)色基團(tuán)問的共軛,改變發(fā)色基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu),或通過消除助色基團(tuán)與發(fā)色基團(tuán)之間的結(jié)合等途徑來完成的.木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)是無色的,但是在蒸煮過程中形成各種醌式結(jié)構(gòu)后,就變成了有色體.過氧化氫對木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的反應(yīng),實(shí)際上也就是破壞醌式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)l-1].同時,在過氧化氫漂白時,還能通過木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的側(cè)鏈碎解來溶出木素.過氧化氫是一種氧化性漂劑,在水中水解生成過氫氧離子(H02-):H202+H20HO;+H30起漂白作用的就是H02-,增加HO的濃度可以提高漂白效果.由上述反應(yīng)式可見,增加

4、H02-的途徑有:一是提高過氧化氫的濃度;二是加堿促進(jìn)水解反應(yīng):H202+OH一_H20+Ho;因此,H:0漂白時,要保持堿性,通常是加入Na0H.隨著反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)生成的有機(jī)酸會不斷中和加入的堿,因此還要加入NaSiO,作為緩沖劑,維持反應(yīng)所需的pH值.過氧化氫漂白過程中,還伴隨有碳水化合物的降解反應(yīng).有研究表明,H0漂白磨石磨木漿時消耗于木素的約占40%,消耗于綜纖維素的約占60%.過氧化氫與紙漿中木素發(fā)色基團(tuán)的反應(yīng)效率不高,尤其是與紙漿中木素鄰醌型發(fā)色基團(tuán)的反應(yīng)效率不高,這是導(dǎo)致過氧化氫漂白效率不高的主要作者簡介:楊恒,男,陜西科技大學(xué)造紙學(xué)院在讀碩士研究生,研究方向:生物質(zhì)精

5、煉與制漿化學(xué).?28?江蘇造紙JIANGSUZAOZHI第1期(總第106期)原因.另外,在漂白過程中,無效分解導(dǎo)致漂白效率降低以及生產(chǎn)成本的增加也是制約HO漂白發(fā)展的因素.有研究表明,引起HO無效分解的主要原因是紙漿中存在著一些微量金屬離子,如:Fe¨,Cu",Mn¨,Ca¨,Mg等.不同的金屬離子催化分解HO的作用也不相同.在過渡金屬離子存在時,會發(fā)生如下反應(yīng):H2O2+M2+OH一+?OH十M.?OH+H2O2_HOO?+H2OM.+HOO._+M+O+H目前,降低和控制金屬離子的有效方法就是在HO漂白前對紙漿進(jìn)行預(yù)處理,使金屬離子從紙漿中脫除或失去催化能力,從而達(dá)到保護(hù)H:O:

6、的目的.2過氧化氫漂白在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用2.1化學(xué)漿的過氧化氫漂白過氧化氫主要起漂白作用,它可以應(yīng)用于紙漿漂白流程中的不同位置,可用于單段漂白,中間段漂白或終段漂白.過氧化氫的使用對環(huán)境無污染,在紙漿懸浮體中不產(chǎn)生氯的衍生物,因此可以重復(fù)利用排放漂白液,降低漂白成本,它還可以有效降低其它含氯漂劑如CIO:的用量,提高漂后紙漿白度,以及降低漂白廢水的色度.在造紙工業(yè)中,過氧化氫是無元素氯漂白(ECF漂白)和全無氯漂白(TCF漂白)中使用的主要漂白劑之一,隨著造紙工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)的推廣,過氧化氫的應(yīng)用將越來越廣泛.在ECF漂白中,以C102,O2,H:O:為主要漂劑,通常以氧脫木素段(

7、O段)作為初始漂段,然后是C10段(D段)氧化殘余木素,最后是堿抽提段(E段)通過添加H:O:和O:來強(qiáng)化漂白,進(jìn)一步氧化殘余木素J.ECF漂白的紙漿白度高,強(qiáng)度好,對環(huán)境的影響小,成本相對較低,現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用.而在TCF漂白中,則以O(shè),O.,H:O為主要漂劑,漂白流程靈活多變,如OQPZ(PO),Q(EOP)(ZQ)(PO)等,既有氧或/和過氧化氫強(qiáng)化的堿抽提(EO),(EP),(EOP),又有加過氧化氫的氧脫木素(OP),用氧加壓的過氧化