高耗能、高排水、高污染是棉纤维素行业生产中面临的突出问题,如何实现节能、节水、减排,降低污染成本,提升该行业的工艺和装备水平,是摆在科技工作者面前的重大实践和理论问题。本课题对制浆清洁生产(Pulp Cleaning Production)的新工艺与技术进行了研究、对新工艺产品的表观性能和微观形状的关系进行了初步探讨,并从工艺的物、能平衡分析中,对如何实现节能降耗,节水减排并实现资源化处理的相关技术进行了探讨,为新的制浆理念的发展奠定了基础。国内棉纤维素制浆生产依然采用高温碱法蒸煮工艺,制浆过程温度高(达到160℃),压力大(达到0.7MPa)。制浆过程形成具有带色结构的木质素基团,是制浆黑液形成的根本原因。该制浆过程耗水量达到240吨水/(吨浆),耗碱量达到34kg NaOH/(吨浆),耗电量达到1400KW/(万吨浆),水处理成本2.0元/(吨污水)课题重点进行高侬催化氧化制浆试验。在对蒸球的改造实验中,生产碱化聚合度为1300左右的棉纤维素产品,液比由3.8：1下降至3.2：1,碱度由34g/L下降至32g/L,最高温度由160℃降低至130℃,保温时间由120min缩短至90min,完整蒸煮时间由230min缩短至140min,污染物总量最高可下降70%。年产量万吨的棉纤维素厂可节约用水461,000吨(不含循环水)。采用高浓(High concentration)、高级氧化(Advanced oxidation)、催化制浆(Catalyzing pulp),在得到更低碱化聚合度的情况下,液比可由3.8：1降低至2.4：1,碱度由34g/L降低至25g/L,碱化制浆得率提高1%至5%。COD降低率实现70%,实现制浆过程零污染或低污染。万吨年产量的棉纤维素厂,年污染物产生量减少5,600,000kg。万吨年产量的棉纤维素厂实现年节水998,833吨(不含循环水)。高浓催化氧化制浆工艺极大缩短制浆时间、降低制浆温度。在新工艺下,催化阶段时间仅为300s,催化温度低于100℃,碱化聚合度由原来的2400-2600降低至1100-1200。本文对催化氧化制浆的反应机制进行了初步的研究。随着催化时间的延长,结晶度、COD降低率均呈下降趋势。这标明,催化时间越长,纤维素糖苷键的破坏多,纤维素分子的无序度大。高浓、羟基自由基(Hydroxy Free Radicel)强氧化、催化是形成对纤维素糖苷键的断裂,碱化聚合度降幅显著,纤维素结晶度降低,污染总量降幅显著,制浆时间大大缩短,制浆条件缓和的根本原因。课题研究完成了高浓催化高级氧化制浆的小试,为进一步的工业放大实验和设计奠定了基础。课题仍需要对新工艺下浆粕的反应性能进行进一步研究,同时需要装备和自动化的配合,才能将这一突破性的科研成果在工业上得到应用,为该行业的节能节水减排工作做出更大的贡献。