（制浆造纸工程专业论文）麦草NaOHAQQlt2gt两段蒸煮氧段反应动力学研究.pdf

摘要 本论文对麦草原料的n a o h a q 0 2 两段蒸煮氧碱脱木素段木质素脱出和 黑液中硅的反应动力学进行研究，并对氧碱蒸煮浆进行纤维形态等进行了分 析，研究结果能为n a o h a q 0 2 两段蒸煮的工业应用提供参考。 氧碱蒸煮脱木质素反应可分为两个阶段，即初始脱木质素阶段和残余脱木 质素阶段。浆中的木质素含量对氧碱蒸煮脱木质素的两个阶段都呈表观一级反 应。初始脱木质素阶段的反应活化能为e = 7 4k j m o l ，残余脱木质素阶段的 反应活化能为e = 9 0k j - m o l ，两个阶段的反应速率方程分别为： 初始脱木素阶段： d l d t = 9 4 1 0 7e x p ( 一8 9 1 0 3 t ) l 残余脱木素阶段： d l d t = 8 8 1 0 9e x p ( 一1 1 1 0 4 t ) l 在卡伯值为1 0 1 4 范围内，碱浓对氧碱蒸煮脱木质素的速率的反应级数 呈表观o 2 级，表明碱浓对氧碱蒸煮脱木质素有较大的影响。 在麦草氧碱蒸煮脱木质素的过程中，浆粘度总体在下降。而且蒸煮温度越 高，浆粘度下降越快。为获得较高粘度的浆，氧碱的蒸煮温度不宜太高。研究 结果认为，麦草氧碱蒸煮脱木质素比较理想的蒸煮温度为9 0 1 1 0 。 在氧碱蒸煮过程中，黑液中的硅吸附到浆料上，使浆的得率上升。 氧碱蒸煮黑液的脱硅反应可以分为两个阶段，即初始除硅阶段和残余除硅 阶段。这两个阶段中，黑液中硅的浓度对于脱硅反应呈表观一级反应，两个阶 段反应的活化能分别为6 4 和7 9k j m o l 一，黑液中硅的脱除反应两个阶段的 动力学微分方程分别为： 初始除硅阶段： d s d t = 3 3 1 0 6 e x p ( 一7 7 1 0 3 t ) - s 残余除硅阶段： 一d s d t = 2 1 1 0 3 e x p ( 9 5 1 0 3 t ) s 氧脱木质素过程中，长纤维的比例级分随着氧碱脱木质素的进行不断减 少，短纤维的比例不断增大，说明在氧碱蒸煮脱木质素的同时，也对纤维形态 有一定的影响。氧碱蒸煮后，形成起毛和拉丝现象，极大的增加了纤维的表面 积，这样，为追纸过程中助剂的均匀分配提供了很好的条件。氧碱蒸煮过程中， 浆料中的羧基含量先增大，然后减少。从总体上看，氧碱蒸煮后的浆的羧基含 量都比n a o h a q 一段蒸煮后浆中的羧基含量高。 综上所述，麦草原料n a o h a q 0 2 两段蒸煮是有潜在应用前景的环境友好 的制浆方法。 关键词：麦草；n a o h a q 0 2 两段蒸煮；脱木质素动力学；脱硅动力学 a b s t r a c t d e l i g n m c a t i o na n dd e s i l i c a t i o nr e a c t i o nk i n e t i c so ft h e0 2s t a g ei nt h ew h e a t s t r a wn a o h a q 0 2t w o s t a g ep r o c e s s w e r e i n v e s t i g a t e d i na d d i t i o n ，t h e f i b e r - m o r p h o l o g y o ft h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2t w os t a g ep u l pw e r ea n a l y z e d t h er e s e a c hr e s u l t s l a y af o u n d a t i o no ft h e p r o c e s sa p p l i c a t i o n f r o mt h e l a b o r a t o r y s c a l er e s e a r c ht oi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h e0 2d e l i g n m c a t i o ns t a g ei nt h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2t w os t a g e c o o k i n gc a nb ed e s c r i b e db yt w op s e u d o f i r s t o r d e rr e a c t i o np h a s e s f o rt h e r e s i d u a ll i g n i ni nt h ep u l p s ：ai n i t i a l0 2d e l i g n i f i c a t i o np h a s ef o l l o w e db yaf i n a l 0 2d e l i g n i f i c a t i o np h a s e t h er e a c t i o ne n e r g yo ft w op h a s e sw e r e7 4a n d9 0 k j m o l sr e s p e c t i v e l y t h el i g n i nr e a c t i o ne x p r e s s i o n sf o rt h et w op h a s e sw e r e d e d u c e d ： t h ei n i t i a ld e l i g n m c a t i o np h a s e ： d l d t = 9 4x1 0 7e x p ( 8 9x1 0 3 t ) l t h ef i n a ld e l i g n i f i c a t i o np h a s e ： 一d l d t = 8 8 1 0 9e x p ( 1 1 1 0 4 t ) l t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i l i g n i f i c a t i o nf 0 1 l o w e d p s e u d o - 0 2 - o r d e r r e a c t i o nt o w a r dt h ea l k a l ic o n c e n t r a t i o ni n c o o k i n g1 i q u o r b e t w e e nk a p p an u m b e r1 0a n d1 4i nt h ep u l p t h ev i s c o s i t i e so ft h ep u l p so ft h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2t w os t a g e c o o k i n g w e r ed e c r e a s e dw i t ht h ec o o k i n g p r o c e s s i n g a n dt h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r e i tw a se x p e c t e dt oo b t a i nh i g h e rv i s c o s i t yo ft h ep u l pi n al o w e r t e m p e r a t u r ec o o k i n g 。ab e t t e rc o o k i n gt e m p e r a t u r ei sb e t w e e n9 0 11 0 f o r t h e0 2d e l i n i f i c a t i o no ft h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2c o o k i n g t h ep u l py i e l dw e r ei n c r e a s e da st h es i l i c a i nt h eb l a c kl i q u o rd e p o s i t e do n t h ep u l pd u r i n g0 2d e l i g n i f i c a t i o n t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t sa l s os h o w e dt h a td e s i l i c a t i o nr e a c t i o nf r o mt h e0 2 c o o k i n gb l a c kl i q u o r c a nb ed i v i d e di n t ot w op h a s e s ，n a m e l yar a p i di n i t i a l d e s i l i c a t i o np h a s ef o l l o w e db yas l o wf i n a ld e s i l i c a t i o np h a s e t h e yb o t hf o l l o w e d p s e u d o - f i r s t o r d e rr e a c t i o nt o w a r dt h es i l i c ac o n c e n t r a t i o ni nt h eb l a c kl i q u o rw i t h t h er e a c t i o ne n e r g y6 4a n d7 9k j m o l sr e s p e c t i v e l y t h ed i f f e r e n t i a l r a t e e x p r e s s i o n so ft w op h a s e sw e r ed e d u c e d ： f o rt h ei n i t i a lp h a s e ： d s d t = 3 3 1 0 6e x p ( 一7 7x1 0 3 t ) s a n df o rt h ef i n a lp h a s e ： 一d s d t = 2 1 1 0 8 e x p ( 一9 5 1 0 3 t 、s f r o mt h ed i s c u s s e so fd e l i g n i n c a t i o na n dd i s i l i c a t i o no ft h ew h e a ts t r a w n a o h a q 0 2t w os t a g ec o o k i n g ，w ec a nm a k et h ec o n e l u s i o n t h a tt h ei d e a l0 2 c o o k i n gt e c h n i c sw e r e1 10 c o o k i n gt e m p e r a t u r ef o r8 0m i n u t e s t h a tt h er a t i oo ft h el o n gl e n g t hf i b e rd e c r e a s e da n dt h er a t i oo ft h es h o r t f i b e rt r a c t i o ni n c r e a s e dd u r i n gt h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2t w os t a g ec o o k i n g ， s h o w e dt h a ts o m ep h y s i c a lr e a c t i o n st o w a r dt h ef i b e r sh a dh a p p e n e d t h e r ew e r e s o m ef i b r i l l a t i o no nt h et w o s t a g ec o o k i n gp u l p ，i tw o u l dl a r g et h ea r e ao ff i b e r a n dm a k eag o o dc o n d i t i o nf o rp a p e r m a k i n gc h e m i c a ld i s t r i b u t i o n t h ec a l b o x y l c o n t e n ti nt h ep u l pi n c r e a s e df i r s ta n dt h e nd e c r e a s e dd u r i n g0 2d e l i g n i f i ca t i o n ， a n dc a r b o x y lc o n t e n to ft h et w o s t a g ec o o k i n gp u l pw a sh i g h e rt h a nt h a t o f n a o h - a qc o o k i n gp u l p b a s e do nt h ea b o v ed i s c u s s i n g ，t h ew h e a ts t r a wn a o h a q 0 2t w os t a g e c o o k i n gt e c h n o l o g yi se x p e c t e dt oa p p l yt o i n d u s t r i a ls c a l ee n v i r o n m e n tf r i e n d l y k e y w o r , d s ：w h e a ts t r a w ；n a o h - a q 0 2t w os t a g ec o o k i n g ；d e l i g n i f i c a t i o ek i n e t i c s ； d e s i l i c a t i o n ；k i n e t i c s 表一览表 表11 9 9 0 一2 0 0 1 年我国造纸工业纤维原料构成- l 表2小麦草各部位的化学成分- 7 表3不同造纸纤维原料中的硅含量8 表4我国5 个典型造纸厂碱回收车间黑液的性质1 0 表5麦草原料化学成分分析结果2 0 表6n a o h a 0 蒸煮工艺条件- 2 1 表7 氧碱蒸煮工艺条件2 1 表8卡伯值与木质素含量的关系2 3 表9 用碱量改变时卡伯值随氧碱蒸煮时间的变化2 6 表1 0 碱浓对反应速度的影响2 7 表1 1固定加碱量氧碱蒸煮时木质素含量与浆粘度2 9 表1 2 氧碱蒸煮初始脱木素阶段的反应速率常数3 1 表1 3氧碱蒸煮脱木素残余脱木素阶段的反应速率常数3 3 表1 4 氧碱蒸煮过程中浆和黑液的硅含量变化3 6 表15 初始除硅阶段的反应级数n 、反应速率常数k 和活化能e 4 0 表1 6残余除硅阶段的反应速率常数k 、活化能e 和表观频率因子a 4 2 表1 7纤维分级结果4 3 表18 各浆样的卡伯值和硅含量- 4 5 表1 9 不同浆样的羧基含量5 0 l i s to ft a b l e s t a b l e1t h er a wm a t e r i a lf i b e rs t r u c t u r ei np a p e r m a k i n gi n d u s t r yf r o m19 91t o 2 0 0 1i nc h i n a _ f - _ - - r + + + 1 t a b l e2t h ec h e m i c a lc o m p o n e n to ft h ew h e a ts t r a wi nd i f f e r e n tp a r t + 一7 t a b l e3t h es i l i c ac o n t e n ti nd i f f e r e n tf i b e rp a p e r m a k i n gr a wm a t e r i a l 。+ + 。8 t a b l e4t h eb l a c kl i q u o rc o m p o n e n to f5c h e m i c a lr e c o v e r ym i l l si nc h i n a + 1 0 t a b l e5t h ec h e m i s t r yc o m p o n e n ti nw h e a ts t r a wr a wm a t e r i a l 。2 0 t a b l e6t h en a o h a qc o o k i n gc o n d i t i o n s 一2 1 t a b l e7t h e0 2c o o k i n gc o n d i t i o n s 。2 1 t a b l e8t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nk a p p an u m b e ra n dl i g n i nc o n t e n t 2 3 t a b l e9t h ek a p p an o v a r i a t i o nw i t h0 2c o o k i n gt i m ei n d i f f e r e n ta l k a l i n e c o n c e n t r a t i o n s 2 6 t a b l e1 0t h ee f f e c to fa l k a l i n ec o n c e n t r a t i o nt or e a c t i o nr a t e 2 7 t a b l e11t h el i g n i nc o n t e n ta n dp u l pv i s c o s i t yi ng i v e na l k a l i n ec o n c e n t r a t i o n 0 2c o o k i n g 2 9 t a b l e12t h es p e c i f i cr e a c t i o nv e l o c i t yi nt h ei n i t i a l0 2d e l i g n i f i c a t i o np h a s e 3 1 t a b l e13t h es p e c i f i cr e a c t i o nv e l o c i t yi nt h ef i n a l0 2d e l i g n i f i c a t i o np h a s e 3 3 t a b i e1 4t h es i l i c ac o n t e n ti np u l pa n db l a c kl i q u o rv a r i e t yw i t h0 2c o o k i n g t i m e - _ - _ 。3 6 t a b l e15t h ei n i t i a lp h a s ed e s i l i c a t i o nr e a c t i o no r d e r ka n de 。+ + 4 0 t a b l e1 6 r e a c t i o no r d e r ，k ，ea n dai nt h ef i n a ld e s i l i c a t i o np h a s e 4 2 t a b l e17t h er e s u l to ff i b e rc l a s s i f i c a t i o n 。4 j t a b l e18t h ek a p p an u m b e ra n ds i l i c ac o n t e n ti nd i f f e r e n tp u l p s 4 5 t a b l ei9t h ec a r b o x y lc o n t e n ti nd i f f e r e n tp u l p 一5 0 图一览表 图1黑液硅含量对v i e 值的影响 图2木质素在氧碱条件下的反应 图3 n a o h - - a q 0 2 两段蒸煮过程 图4卡伯值与木质素含量的关系- 图5用碱量改变时卡伯值随氧碱蒸煮时间的变化一 图6 改变氧碱蒸煮用碱量时l g ( 1 t ) 一l g 【o h - 】图 图7浆中木质素含量随氧碱蒸煮时间的变化 图8氧碱蒸煮脱木质素的l n l t 图- 图9氧碱蒸煮脱木素初始脱木素阶段的i nk 一1 t 图1 0 纸浆粘度随氧碱蒸煮时间的变化 图1 1得率随反应时间的变化- 图1 2 浆中硅含量随氧碱蒸煮时间的变化一 图1 3黑液中硅含量随氧碱蒸煮时间的变化 图1 4 初始除硅阶段的l g s t 图 图15初始除硅阶段l n k 一( 1 t ) 图1 6 残余除硅阶段l g s t 图 图1 7纤维分级比例图 图1 8各浆样的纤维形态组图 图1 9s e m 纤维分析组图 图2 0羧基含量与浆卡伯值的关系，加弘m”如弛弭强粥们袍“拍鹌如 l i s to ff i g u e r s f 1 9 1 t h ee f f e c to fs i l l c ac o n t e n ti nb l a c kl i q u o rt ov i e 。1 1 f i g2 t h er e a c t i o no f l i g n i ni na l k a l i n eo x y g e nc o n d i t i o n - - - - - - 13 f i g 、3t w o s t a g e 【n a o h - - a q 0 2c o o k i n gp r o c e s s - - - 2 0 f i g 4 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nk a p p an u m b e ra n dl i g n i nc o n t e n t - ，- 2 4 f i g 5 t h ek a p p an o c h a n g ew i t h0 2c o o k i n gt i m ei nd i f f e r e n ta l k a l i n e c o n c e n t r a t i o n s - - t - - - - - - - t - - - - 2 6 f i g 6l g ( 1 t ) v sl g o n i nd i f f e r e n ta l k a l i n ec o n c e n t r a t i o n0 2c o o o k i n g 2 7 f i g 7 t h el i g n i nc o n t e n tc h a n g ei np u l pw i t h0 2c o o k i n gt i m e 3 0 f i g8 l n lv std u r i n g0 2c o o k i n g 。- - - 。- + - 。31 f i g 9 i n kv s1 ti nt h ei n i t i a l0 2d e l i g n m c a t i o np h a s e 3 2 f i g 10t h ep u l pv i s c o s i t yc h a n g ew i t ho zc o o k i n gt i m e 。3 4 f i g 1 1y i e l dc h a n g ew i t ht h eo zc o o k i n gt i m e _ - - 。_ 。+ + - 3 7 f i g1 2 s i l i c ac o n t e n tc h a n g ew i t ht h e0 2c o o k i n gt i m e + 。+ 3 8 f i g 13 p l o to f t h es i l i c ac o n t e n ti nt h eb l a c kl i q u o ra n dt h e0 2c o o k i n gt i m e 。3 8 f i g 1 4 p l o to fl g sv sti nt h ei n i t i a lp h a s eo fd e s i l i c a t i o n 4 0 f i g 15 p l o to f1 n kv sr 1 t ) i nt h ej n i t i a ld e s i l i c a t i o np h a s e 4 1 f i g 1 6 p l o to fl g sv sti nt h ef i n a ld e s i l i c a t i o np h a s e 4 2 f i g 1 7 t h er a t i oo ff i b e rc l a s s i f i c a t i o n 。4 4 f i g18 t h ec o n f i g u r a t i o ni nd i f f e r e n tp u l p 。4 6 f i g 1 9 t h ef i b e rs e mr e s u l t 。- _ t _ 4 9 f i g2 0 t h ec a r b o x y lc o n t e n tv a r i a t i o nw i t hk a p p an u m b e r - - - - 5 0 致谢 本论文是在导师翟华敏教授的悉心指导下完成的。三年来导师严 谨的治学态度、渊博的知识、对学术动态的准确把握、踏实的工作作 风、严谨而宽厚的师德，使学生受益非浅。为此，谨向导师翟华敏教 授表示最真挚的谢意。 在论文开题时，李忠正教授、尤纪雪教授、周小凡教授、姚春才 教授和童国林副教授等给学生提出了很多非常宝贵的意见。在论文开 展过程中，得到了轻化工程学科组刘学斌高级工程师、皮成忠高级工 程师和宜勇刚工程师的大力支持和帮助，他们为实验的顺利进行提供 了良好的实验条件。也非常感谢朱超宇、黄军、李志勇、马朴等各位 同门在学习和生活中给予的关心和支持。在论文写作过程中，得到同 届同学的支持和帮助，他们为论文的写作提供正确而且及时的时事信 息和学术信息。 最后，我还要特别感谢家人对我的理解与支持，使我能顺利完成 学业和论文。 作者：龙冬松 2 0 0 5 年6 月 1 前言 1 1 课题研究背景 1 1 1 中国造纸纤维原料结构 造纸工业是国民经济的重要原材料工业，对纤维原料的依赖性高，具有资 金技术密集和规模效益显著的特点，其产业关联度大，与林业、农业、机械制 造、自动控制、化工、热电、交通运输、环保、印刷、包装等产业有关。纸业 需求不断增长，对上下游产业的经济发展有较大的拉动作用，成为新的经济增 长点。 表11 9 9 0 - - 2 0 0 1 年我国造纸工业纤维原料构成 t a b l e1t h er a wm a t e r i a lf i b e rs t r u c t u r ei np a p e r m a k i n gi n d u s t r yf r o m1 9 9 1t o2 0 0 1 i c h i n a 1 9 9 11 9 9 52 0 0 02 0 0 l 产量，万t比例，产量，万t比例，产量万t比例，产量万t比例， 纸浆消费量 l3 9 31 0 02 2 5 91 0 0 2 7 9 01 0 0 2 9 8 01 0 0 1 ) 木浆2 0 4 1 4 62 8 31 2 55 3 51 9 16 9 02 3 1 其中：国产木浆 15 01 0 72 0 l9 22 0 07 12 0 06 7 进口水浆 5 43 98 23 33 3 51 2 14 9 016 4 2 ) 非木浆 7 9 75 7 21 13 65 0 31 1 154 0 09 8 03 2 9 其中：苇、芒 8 66 18 73 91 0 03 61 0 03 4 竹浆 1 51 13 21 43 01 13 01 0 蔗渣浆 2 61 92 91 33 01 13 01 0 禾草浆6 0 24 3 28 7 03 8 58 6 23 0 97 2 02 4 2 棉、麻布浆 4 43 21 90 92 07 o1 60 5 其他浆2 41 79 94 37 42 68 42 8 3 ) 废纸浆 3 2 92 8 88 4 03 7 21 1 4 04 0 91 3 l o4 4 0 其中：国产3 7 l2 6 77 6 73 4 08 4 33 0 38 0 02 6 9 进口2 l1 57 33 22 9 71o 65 1 0l7 1 注：进口废纸浆= 进口废纸量o 8 0 当今，经济发达国家的造纸工业已成为其国民经济十大制造业之一，而在 发展中国家，近年造纸工业的迅速崛起对经济发展起到重要的促进作用。世界 各国已将纸及纸板的生产和消费水平作为衡量一个国家现代化水平和文明程 度的重要标志之一。 2 0 0 1 年国内纸浆总消费中，木浆占2 3 1 ，非木浆占3 2 9 ，废纸浆占4 4 。 近几年纸浆消费结构有所改善，木浆比例与废纸浆比例有所提升，其中进口木 浆和进口废纸增幅比例大，分别为1 6 4 和1 7 1 ，而国产木浆比例太小，不 足7 ，且呈下降趋势，1 9 9 5 2 0 0 1 年年均增长率为零。非木纤维纸浆中，禾 草浆仍占相当大的比例，而苇浆、竹浆、蔗渣浆等占的比例太低，见表l 。 中国是当前世界第二大纸张消费和生产大国，也是世界最大的非木浆生产 国家。据2 0 0 3 年统计，中国纸张( 包括纸和纸板，下同) 的消费量达到4 8 0 6 万 t ，生产量达到4 3 0 0 万t ，产销均居世界第二。由于消大于产，2 0 0 3 年净进口 纸张5 0 5 万t ，还由于国内纸浆供应不足，2 0 0 3 年中国共进口纸张、商品浆及 废纸总量达2 1 9 9 万t ，耗外汇约8 2 3 3 亿美元，是世界最大的纸张及造纸纤维 原料的进口国家【l 】。 我国造纸工业原料结构调整的战略目标就是：“十五”及后15 年，逐步形成以 木材纤维为主，扩大废纸回收利用和科学合理使用非木材纤维的多元化原料结 构。实现林、竹、苇等原料基地初具规模，原料结构有明显改善且较好地解决 我国纤维原料供给问题 2 1 。 1 1 2 利用麦草原料的重要性 我国有森林面积近1 4 亿公倾，森林蓄积量仅次干俄罗斯、巴西、加拿大、 美国，居世界第五位。但我国人均消费水平很低，与发达国家相比，差距相当 大。从林业结构上看，我国成熟林生长量少，每年仅为1 1 亿立方米( 占年森 林生长量的2 6 0 ) 。真正能采伐的用材林生长量不足1 亿立方米，而且小径 材较多，占蓄积量的7 0 以上，品种单【3 】。 从1 9 9 9 年起木浆每年以1 2 以上的平均速度递增，远远超过国内生产总 值增长速度。我国的国力难以维持这样的高速度发展。纸和纸板总产量从1 9 9 6 年2 6 0 0 万t 经15 年达到4 5 0 0 万t ，年平均递增率只需4 1 ，这个较稳妥的发 展速度是完全可以实现，但仍需多利用草类原料，由国情决定的现实迫使我们 要继续努力处理好草类原料制浆面临的多种问题。在众多的草类原料品种中资 源量多面广，供应需求潜力最大的是麦草。在我国，造纸工业浆种使用比重大 的是麦草浆1 4 。2 0 0 1 年，禾草纸浆产量近8 0 0 万t ，其中7 5 左右为麦草浆。 目前，我国造纸工业耗用的禾草原料约为2 0 0 0 多万t a ，仅占全国麦草产量8 0 0 0 万t 的2 5 ，因此，在今后若干年内，禾草纸浆产量( 主要是麦草浆) 会有持 续的增长( 5 1 。 2 1 。2 立题依据 1 2 1 麦草制浆造纸的特性 传统的麦草化学制浆的方法为烧碱法和硫酸盐法。不同的企业生产麦草浆 的蒸煮工艺条件有所不同。燕煮所得到的成浆经漂白后可适用于生产一般文化 用纸，如印刷纸，书写纸等。高质量的麦草浆，可用于生产拷贝纸、高级书写 纸的配料，以获取较高的效益 6 1 。 一般的麦草纤维质量差，但来源广、价格低，在常用的原料中麦草浆成本 较低。很多种纸都可以配用一些麦草浆来生产( 包括涂布加工纸等) 。山东某 厂配用自制麦草浆生产双胶纸、静电复印纸、卡片纸、铸涂原纸等，都因配用 了自制麦草浆而获得了丰厚的利润1 7 l 。目前，麦草来源广、制浆威本低的优势 是不可替代的。然而，由于麦草在制浆造纸过程中存在很多急需解决的问题 这在定程度上制约了麦草作为造纸原料的应用。 1 2 2 麦草制浆过程存在的问题与解决途径 1 2 2 。1 存在的问题 1 2 211 硅干扰 麦草原料本身含有大量的硅，加上在运输过程中夹带的泥沙，在碱法蒸煮 过程中，形成可溶性硅酸盐溶解在黑液中。碱法麦草浆黑液中硅含量高，粘度 大，蒸发过程能耗高，蒸发后最终浓度难于达到燃烧要求，且黑液中高的硅含 量给黑液输送、燃烧、苛化等工艺均造成一定的影响严重影响着整个碱回收 系统的稳定运行【8 】。硅的存在，是一些非木材制浆黑液碱回收正常运行的主要 障碍， 1 2 2 1 2 半纤维素 麦草浆黑液中，低聚糖含量约为1o 15 ( 对固形物) ，其中以聚术糖 为主。聚糖含量对粘度的影响可用如下方程表示： i nq = 3 2 4 4 + 0 0 5 9 4 c ( 1 ) 其中n 表示粘度( m p a s ) ，c 表示聚糖含量( ) 。由此可见低聚糖的大 量存在也是造成麦草黑液粘度高的一个重要原因1 9 】。 1 22 1 3 l c c ( 木质素一碳水化合物复合体】 麦草原料中的l c c 在蒸煮过程中已大量的被溶解到碱液中1 ”。麦草制浆 麦草原料中的l c c 在蒸煮过程中己大量的被溶解到碱液中】。麦草制浆 3 1 2立题依据 1 2 1麦草制浆造纸的特性 传统的麦草化学制浆的方法为烧碱法和硫酸盐法。不同的企业生产麦草浆 的蒸煮工艺条件有所不同。蒸煮所得到的成浆经漂白后可适用于生产一般文化 用纸，如印刷纸，书写纸等。高质量的麦草浆，可用于生产拷贝纸、高级书写 纸的配料，以获取较高的效益 6 1 。 一般的麦草纤维质量差。但来源广、价格低，在常用的原料中麦草浆成本 较低。很多种纸都可以配用一些麦草浆来生产( 包括涂布加工纸等) 。山东某 厂配用自制麦草浆生产双胶纸、静电复印纸、卡片纸、铸涂原纸等，都因配用 了自制麦草浆而获得了丰厚的利润1 7 】。目前，麦草来源广、制浆成本低的优势 是不可替代的。然而，由于麦草在制浆造纸过程中存在很多急需解决的问题， 这在定程度上制约了麦草作为造纸原料的应用。 1 2 2 麦草制浆过程存在的问题与解决途径 1 2 2 1 存在的问题 1 2 2 1 1硅干扰 麦草原料本身含有大量的硅，加上在运输过程中夹带的泥沙，在碱法蒸煮 过程中，形成可溶性硅酸盐溶解在黑液中。碱法麦草浆黑液中硅含量高，粘度 大，蒸发过程能耗高，蒸发后最终浓度难于达到燃烧要求，且黑液中高的硅含 量给黑液输送、燃烧、苛化等工艺均造成一定的影响，严重影响着整个碱回收 系统的稳定运行【8 】。硅的存在，是一些非木材制浆黑液碱回收正常运行的主要 障碍。 1 2 2 1 2 半纤维素 麦草浆黑液中，低聚糖含量约为1 0 l5 ( 对固形物) ，其中以聚木糖 为主。聚糖含量对粘度的影响可用如下方程表示： i nn = 3 2 4 4 + 0 0 5 9 4 c( 1 ) 其中n 表示粘度( m p a s ) ，c 表示聚糖含量( ) 。由此可见，低聚糖的大 量存在也是造成麦草黑液粘度高的一个重要原因1 9 。 1 2 2 1 3 l c c ( 木质素一碳水化合物复合体) 麦草原料中的l c c 在蒸煮过程中已大量的被溶解到碱液中ho 。麦草制浆 黑液中l c c 含量约为1 0 7 8 。研究证明，黑液中l c c 也是造成麦草黑液粘度 高的一个重要原因 9 1 。 l ，2 2 1 4 杂细胞 麦杼的杂细组分含量很高，约为3 7 9 ，其中绝大部分是薄壁细胞，为 2 9 ，4 ，还有表皮细胞占2 3 ，导管占4 8 ，其它为1 4 】。有关学者通过 对麦草纤维细胞和薄壁细胞制浆特性的研究结果【1 2 l 表明，在n a o h a q 蒸煮中， 跟纤维细胞比，薄壁细胞蒸煮时碱耗大，得率低，脱木质素速度慢。而且，薄 壁细胞中的半纤维素溶出速度比纤维细胞快，因而使黑液的粘度增大，使黑液 更难处理。同时杂细胞的存在导致纸浆滤水缓慢，影响洗浆及脱水成形的过程。 用含杂细胞含量很高的纤维原料抄纸，纸张性质比纯纤维组分的纸张差得多 【1 1 2 2 2 解决办法 1 2 2 2 1 除硅方法 目前采用的除硅方法大致有四种，即备料除硅1 1 3 1 、黑液蒸发前进行除硅 1 13 - 1 4 1 、黑液蒸发过程中加入化学药剂以减少硅干扰1 5 8 】、蒸煮过程中加入化 学药剂使硅保留在浆料中1 1 9 - 2 1 】。湿法备料是备料除硅的有效的方法，即进行湿 法( 水或稀碱液) 洗料，最大限度的净化原料，减少原料夹带入的硅，以降低 蒸煮后黑液的含硅量。黑液蒸发前加入钙盐、铝盐或通入c 0 2 等以使硅酸盐沉 淀析出。黑液蒸发过程中加入化学药剂，以补加烧碱为主。补加烧碱可以使硅 以硅酸钠形式存在予黑液中，从而降低粘度。蒸煮过程中加入除硅剂如a h m m ， 再进行蒸煮。这种方法能显著降低黑液中的硅含量，降低了黑液的粘度，并能 同时改善膨润容积系数( v i e ) 。但对除硅剂a h m m ，国内还没有成功经济的应 用。由以上可知，目前采用的这些除硅方法可以在一定限度上解决麦草制浆中 的“硅干扰”问题，但是，都有一定的局限性，不能从根本上解决麦草黑液化 学品回收的问题。 1 2 2 2 2 麦草n a o h a q 0 2 两段蒸煮潜在的应用前景 由以上可知，在我国，寻求既能将硅保留在纤维上，又能降低黑液粘度的 制浆技术，是勰决利用非木材原料环境友好制浆的关键所在。经过一些学者的 研究1 2 2 - 2 6 】。麦草类原料的n a o h a q 0 2 两段蒸煮可望是未来的绿色制浆方法。 其基本过程是：先用传统的n a o h a q 法对麦草类原料迸行第一段蒸煮，不分 离黑液，直接加入一定的碱液，并通入适量的氧气，进行氧碱蒸煮。 这种麦草类原料的n a o h a q 0 2 两段蒸煮具有如下优点： ( 1 ) 用麦草进行制浆造纸，克服了由于木材资源短缺而带来的资源困扰。通 过用麦草原料进行制浆造纸，可以获得大量的植物纤维，但又不会破坏森林和 4 植被。同时减少因农民燃烧植物桔杆而造成的环境污染】。 ( 2 ) 用传统的n a o h a q 法对麦草类原料进行第一段蒸煮，使工厂可以继续 使用原来的设备，只须调整用药量就可以进行第一段蒸煮，大大的节省改造成 本。 ( 3 ) 麦草氧碱浆比原浆白度