中性亚钠法构树全树制浆工艺与机理研究

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构树(Broussonetia papyrifera)是野生麻类植物,桑科构树属,古名楮,又名谷桨树。构树是一种易繁殖速生的树种,构树杆、叶、皮、果、根等都可开发利用于食品、医药和造纸等领域,其环保、经济和生态价值极高。本论文以一年生野生构树资源为实验原料,采用单因素优选法、正交实验法系统的研究了中性亚钠法构树全树制浆的机理和最佳工艺条件。分析讨论了药剂用量、蒸煮温度和保温时间对蒸煮制浆的影响,研究探讨了中性亚钠法构树全树制浆的蒸煮机理,确定了构树全树蒸煮制浆实验的最佳工艺条件。实验结果表明,中性亚钠法构树全树制浆最佳工艺条件为:亚硫酸钠用量16%,蒽醌用量0.1%,升温时间1.5h,最高温度170℃,保温时间5h,液比1:4,在此最佳工艺条件下,中性亚钠法构树全树制浆的粗浆得率为47.41%,卡伯值为17.4。在构树全树制浆最佳工艺的基础上,研究表明:碳水化合物的降解溶出从温度升到100℃以后到达到最高温度170℃后的1h内,降解溶出占总溶出量的80.78%;对于聚戊糖的溶出规律,从开始到升温到100℃,溶出率约为11.96%,升温到170℃阶段,溶出率约为27.78%,保温170℃到蒸煮终点,溶出率约为16.18%;对于综纤维素的溶出规律,蒸煮计时开始到升温至170℃,综纤维素的溶出量约为16.87%,从保温蒸煮到蒸煮终点止,综纤维素的溶出量约为7.58%。对于木素的脱除反应历程可以大致分为两个阶段:(1)大量脱木素阶段:从蒸煮升温开始到最高温170℃时,构树原料中木素的脱除量约为10.9%,脱出率约为74.0%。(2)残余脱木素阶段:从蒸煮最高温170℃到蒸煮终点止,构树原料中木素的脱除量约为2.4%,脱出率约为88.9%。此外,构树全树亚硫酸钠蒽醌法制浆过程中,纤维分离点大致控制在卡伯值为20左右,此时卡伯值较低,粗浆得率为43.71%,粗渣率为0.20%。在1320 cm-11427 cm-1处反映为愈创木基上苯环上的C-H伸缩振动吸收峰;在1057 cm-11163 cm-1处推测主要为C-O(纤维素和半纤维素)和紫丁香基伸缩振动(木素);在1629cm-1处反映为苯环骨架(C=C)吸收峰;可见在构树中所含木质素中,可以直观表现出的是愈创木基型木质素(G型)和紫丁香基型木质素(S型)。
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