造纸黑液生产木钠.doc

造纸黑液制取木素磺酸钠的实验研究引言以植物纤维资源为主要原料的造纸工业是我国重要的轻工产业，是典型的用水大户，总排水量仅次于化工工业和冶金工业1。其排放废水污染主要来自化学制浆过程中产生的蒸煮废液，俗称“黑液”。每生产1纸浆要排出黑液约10。黑液是一个组分复杂的体系，其中70%的固体物为有机物，包括木质素、聚糖类、腐殖酸和纤维素降解产物等;30%的固体物为无机物，包括游离的钠盐和含硅的化合物等，其中的木质素、聚糖类、腐殖酸等物质均属活性物质2。木质素是造纸黑液的主要成分，它是以苯丙烷的衍生物为结构单元通过O键和链连接而成的天然高分子化合物，具有超分子特性和高比表面积，含有大量的功能基团，如酚羟基、甲氧基、苄式羟基、羰基、羧基、乙烯基等3，易于发生羟甲基化、磺化、羧基化、烷基化等各种化学反应4。利用木质素具有酚羟基的性质，稍加酸化、磺化处理，就可制成含木质素磺酸盐的复杂混合物，可稍加处理或直接用作纯度要求不高的水煤浆添加剂5。本研究立足于造纸黑液资源化，探讨了诸相关因素对木浆造纸黑液中木素磺化的影响。1实验材料与方法11实验材料实验用黑液取自吉林纸业股份有限公司制浆车间，该公司所用造纸原料为被子植物(阔叶木)，其黑液中木素主要由愈创木基和紫丁香基丙烷构成4。该公司化学浆采用碱法制浆，黑液成分见表1。1 。2试验仪器LD5-2A低速离心机;250L压力反应釜;85-Z恒温磁力搅拌器;XMZ型数字显示仪;节点温度计。1 。3工艺过程工艺流程见图1。1 。4条件控制反应釜温度110130;反应时间1h;压力2 0105PA;反应体系Ph值6 0左右;NA2SO3质量分数为21%;粗木素70g/L。实验在以上基础条件下进行，初步获得了生产工业用表面活性剂的工艺参数。2结果与讨论2 。1温度对磺化产率的影响由图2可知，随着温度的升高，磺化产率增加。温度升高，具有足够蒸发动能的分子的百分数增加了，结果出现较高的蒸发速率，使釜内的蒸汽压力急剧增加，从而在一定程度上使反应液体积压缩，反应物浓度增加。根据化学反应碰撞理论，发生反应须同时满足两个条件，即最低的能量限度和适当的方位。升高反应温度则反应分子具有更大的平均动能，分子碰撞更为有效而频繁，这是温度在小于120时反应速率迅速增加的原因。温度稍升高，就足可使具有引起反应的碰撞所需的最小能量的分子数所占的比例增大很多，这是使木素磺酸钠产率提高的主要原因6。其次，反应液体黏度(指单位面积的液层以单位速度流过相隔单位距离的固定液面时所需的切线力，N/(2S)也是一个重要的影响因素。根据液体黏度经验公式712:=AB/(A，B为常数)，温度升高使反应液体黏度降低，木素分子及水解产生的hSO-3在反应釜内运动更为自由，有利于它们之间发生碰撞，使有效碰撞频率增加。2。 2压力与磺化产率的相关性该试验通过向反应釜中注入N2以提高釜内压力。从图3可以看出，在P2 0105PA时，压力不再是影响反应的关键因素，产率变化幅度整体较小。2 。3时间与磺化产率的关系从图4可见，随着反应时间的增长，木素磺酸钠产率增加。这符合一般化学反应规律即反应时间越长，反应物分子接触碰撞的几率就越大，产率越高。随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度不断增加，且生成物的存在阻碍了反应物间的碰撞，使反应速率下降。在反应进行15h后，曲线趋于平缓，磺化产率无明显变化。2。4Ph值对磺化产率的影响由图5可以看出，随着反应体系Ph值增大，木素磺酸钠产率增加。在一定范围内随着Ph值的升高，析出的木素颗粒直径减小，也就是说反应物分子间接触面积增大，有利于磺化反应的进行。此外，Ph值的高低直接影响到磺化反应体系的酸度。由于反应中NA2SO3首先水解为NAhSO3，在酸性范围内，Ph值越高，酸度越小，越有利于NA2SO3水解，从而促进反应的进行，使磺化产率提高。2 。5木素浓度与磺化产率的相关性从图6可以看出，木素磺酸钠产率随粗木素浓度的增加基本呈下降趋势。粗木素质量浓度小于52 5g/L范围内随着木素浓度增大，溶出的木素增多，因而磺化产率稍有上升;当粗木素质量浓度大于52 5g/L时，反应体系木素溶出受该酸度条件下木素的溶解度限制，多呈颗粒态存在，使反应体系黏度增加，不利于反应物的运动碰撞，因而产率随木素含量增大而下降。该条件下反应的最佳粗木素的质量浓度为52 5g/L。2 6NA2SO3量与磺化产率的关系从图7可见，随着NA2SO3质量分数的增大，木素磺酸钠产率迅速增加。以NA2SO3为磺化剂的磺化反应属于亲核取代反应17。该反应过程中NA2SO3首先水解为NAhSO3，在一定的条件下与木素作用发生磺化。根据化学反应基本规律，反应物浓度越大，反应进行得越迅速、越彻底。在木素含量一定的情况下，NA2SO3浓度越高，水解后为反应体系提供的hSO-3越多，hSO-3的增多大大提高了其与木素的碰撞接触，加快了反应速率。但NA2SO3加入量过大将造成产品的灰分增高，同时过高的NA2SO3用量不仅增加成本，而且会污染环境4。3结论(1)在100120范围随着反应温度的升高磺化产率增加;当温度高于120时产率无明显变化，至140时仅增加1 。6%，可见120是反应的经济温度。(2)当P2 0105PA时对产率的影响甚微;釜内自成压一般可达(1 52 0)105PA，因此压力应以釜内自成压为主。(3)反应1 5h基本达到最大产率;在