复配固着剂体系控制废纸浆溶解与胶体物质的效果及机理研究

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白水封闭循环系统在实现水资源循环利用的同时也会带来溶解与胶体物质(Dissolve and Colloidal Substances)的积累问题。DCS很容易随外界条件如温度、pH等值的改变而发生失稳,失稳后的DCS体系对纸机的正常运行和纸品质量造成不利的影响。利用分子量较低、电荷密度较高的固着剂将负电性的DCS固着在纤维上,使它随纸页的抄造带出白水循环系统,是最常用的控制DCS的方法。但由于不同的纸机白水循环系统具有不同的复杂性,且固着剂的种类和特性具有多样性,因此固着剂在控制DCS时往往表现出不同的作用效果和机理。如低分子量的固着剂对白水中的溶解物质(Dissolved Substances)具有较好的去除效果,分子量高的固着剂则倾向于去除白水中的胶体物质(Colloidal Substances);而在作用机理方面,低分子量的固着剂倾向于以"胶体固着"机理去除DCS,即固着剂将DCS以单个未分散的状态固着在纤维上,高分子量的固着剂则以"胶体聚集"机理去除DCS,即胶体粒子首先被聚集增大,然后聚集体被固着在纤维上或被纤维网络截留。因此可以推论,将具有不同特性的固着剂进行复配,可能可以达到更好的控制DCS的效果。本研究利用分子量不同的两种固着剂间的复配来控制废纸浆DCS,以期开发出更为高效的固着剂体系。评价方法上,通过测定固着剂作用后滤液的浊度、zeta电位、阳离子需求量、化学耗氧量等的变化来表征固着剂的作用效果,同时利用FBRM检测滤液中粒子总数、平均尺寸、尺寸分布等信息的变化,对复合固着剂引起的DCS聚集行为进行研究。首先本研究选取了无机固着剂聚合氯化铝(PAC)和分子量适中的聚胺(PAM。)进行复配,考察无机固着剂和有机固着剂间的复配效果。结果显示,有机固着剂PAMo相较于无机固着剂PAC具有更好的控制废纸浆DCS的效果,但PAMo中配入一定比例的PAC能达到比纯的PAMo更好的控制DCS效果,说明PAMo和PAC存在较明显的协同作用,PAC的配入比例为20%时,复配固着剂达到最佳的控制效果。在固着剂的聚集行为方面,PAC以胶体固着机理去除DCS,PAMo则部分地以胶体聚集机理去除DCS,将两者进行复配,随着PAMo配入比例的增加,复配固着剂表现出更多的胶体聚集现象。其次,对实验室自制的具有不同分子量的两种聚胺的复配产物进行考察,结果表明:分子量较高的聚胺(PAH)比分子量较低的聚胺(PAL)具有更好的控制DCS的效果,在PAL中配入少量的PAH将大大加强PAL控制DCS的效果,而在PAH中配入少量的PAL却不影响PAH的控制效果,由于高分子量的PA较难合成,从经济的角度讲,在其中复配入一定比例的低分子量固着剂而不影响其使用效果,显然是有益的。就固着剂的作用机理而言,PAL主要以胶体固着机理去除DCS,而分子量较高的PAH则更多以胶体聚集机理去除DCS,随着PAL中配入更多的PAH,复配固着剂的聚集作用增大。再次,将分子量适中的另一种聚胺PAMe和一种分子量很大的商品胶黏物控制剂MSC(microstickies control agent)进行复配,并对其复配产物的应用结果进行考察。结果表明:分子量大的MSC比PAMe具有更好的降低滤液浊度和CD的效果,但在控制COD方面,PAMe的作用效果则要好于MSC。MSC和PAMe间的复配具有较明显的协同现象,MSC和PAMe配比为3:2时,复配固着剂能达到最佳的控制效果。就固着剂的作用机理来说,PAMe和MSC均是以胶体聚集机理去除DCS,只是聚集程度不同,MSC的聚集程度强烈,即使复配入少量的MSC也能引起DCS强烈的聚集,而PAMe引起DCS聚集的能力有限。最后,对三组具有最佳配比的复配固着剂的作用效果和机理进行了比较。结果表明:在所有用量下,PAC/PAMo复配方案的作用效果均要差于PAL/PAH和PAMe/MSC复配方案的作用效果;固着剂用量小于等于0.40%odp的情况下,PAMe/MSC复配固着剂在降低浊度、胶体粒子总数和COD的效果上要好于PAL/PAH;但用量大于0.40%odp之后,PAMe/MSC的作用效果不及PAL/PAH的。在作用机理方面,0.10%odp的用量下,三组固着剂发生的均是胶体固着机理,当用量增加后,除了 PAMo/PAC固着剂发生的还是胶体固着作用外,其他两组固着剂均发生了胶体聚集作用。对于PAMe/MSC复配固着剂,0.4%odp是其最佳用量,超过最佳用量后,胶体粒子出现胶体再分散现象。
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