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针对广西甘蔗渣资源丰富,但利用率低且制浆厂多、分散,污染严重,本课题以甘蔗渣为原料进行亚硫酸钾清洁制浆的研究,研究结果如下:
首先,对微波预处理工艺进行探索,得出了最佳处理工艺:微波处理时间为5 min,处理功率为450 W。在最佳微波处理工艺下,所制得纸浆各项指标较空白样都有明显的提高,其中kappa值增加了8.6%,抗张指数提高了13.1%,撕裂指数增加了3.9%。然后在最佳微波处理工艺下设计正交实验研究蔗渣碱性亚硫酸钾制浆,得出最佳蒸煮工艺:蒸煮总用碱量为18%(以K2O计,相对于绝干原料),碱比0.7,液比1:5,最高蒸煮温度164℃,保温时间90 min。
在对碱性亚硫酸钾制浆的微观研究上主要是对其蒸煮脱木素历程及反应动力学的研究。研究结果表明:蒸煮反应历程大致分为3个阶段:第一个阶段从蒸煮开始到100℃为初始脱木素阶段,木素脱除率只有8.7%。第二个阶段从蒸煮温度从100℃升到164℃这一阶段,为大量脱木素阶段。在这个阶段中,木素溶出量达到脱木素总量的78.0%,碳水化合物的溶出亦增加。第三个阶段为164℃下保温阶段,是残余脱木素阶段,木素溶出量仅有木素溶出总量的11.4%。
在动力学上脱木素表现出两个阶段:主要脱木素阶段和残余脱木素阶段,总脱木素拟为一级反应,主要和残余脱木素阶段的活化能分别为68.0kJ/mol和55.2 kJ/mol。通过对反应体系中参与脱木素反应的离子浓度的反应级数的研究得出:[SO32-]浓度的反应级数为0.55级;[OH-]浓度对脱木素反应的级数为0.33级。最后得出碱性亚钾制浆的动力学模型为:主要脱木素阶段:-dL/dt=A1·e-68003/T·L·[OH]0.33·[SO32-]0.55残余脱木素阶段:-dL/dt=A1·e-55232/T·L·[OH]0.33·[SO32-]0.55