氧脱木素是当今国际上广泛采用的纸浆无污染漂白方式。但其反应选择性差,即当脱木素率超过50%时,纤维素会严重降解。为了保证产品质量,生产过程中通常把脱木素率控制在30-40%。影响氧脱木素选择性的一个主要因素是纸浆中的过渡金属离子。在氧脱木素过程中,过渡金属离子会促进纸浆中的碳水化合物的降解,降低反应选择性。为了保护碳水化合物,提高选择性,最有效的方式是在纸浆中加入硫酸镁。然而硫酸镁作为碳水化合物保护剂的作用机制仍然存在很多争议,因此氧脱木素纤维素保护剂的研究难以得到突破性的进展。为了提高氧脱木素的反应选择性和产品竞争力,本论文从过渡金属离子对氧脱木素的危害出发,探讨了过渡金属离子的含量、种类对木素脱除和纤维素降解的影响及硫酸镁作为碳水化合物的保护机制,旨在控制过渡金属离子的危害,并根据硫酸镁的作用机制,开发新型高效氧脱木素保护剂。论文通过在纸浆中添加不同种类和含量的过渡金属离子、螯合酸洗去除过渡金属离子,再进行氧脱木素的方式。考察了过渡金属离子对氧脱木素后纸浆的黏度、卡伯值、废液的残碱、溶解木素的影响。研究结果表明,氧脱木素过程中,不管是否存在硫酸镁助剂,过渡金属离子不影响纸浆中木素的脱除。过渡金属离子会促进纸浆纤维素的降解,降低纸浆的黏度。几种过渡金属离子对黏度的下降作用从大到小依次为Mn2+>Fe2+>Cu2+>Fe3+。添加硫酸镁可以有效保护纸浆中纤维素,减少氧脱木素后纸浆黏度的下降。当Mn2+、Fe2+、Cu2+的含量为100mg/kg、200mg/kg和50mg/kg左右时,添加硫酸镁对纤维素的保护作用最显著。螯合酸洗去除大部分过渡金属离子后,能够有效减少纤维素的降解,提高氧脱木素选择性。螯合酸洗后,添加硫酸镁对于减少纤维素的降解仍然有作用。硫酸镁作为碳水化合物保护剂的作用机制除了在碱性条件下产生的氢氧化镁吸附过渡金属离子之外,还有通过与氧化纤维素形成稳定的络合物从而阻断纤维素的降解。论文采用了三种不同的氢氧化镁的引入方式(Mg2++NaOH、NaOH+Mg2+和NaOH+Mg(OH)2)产生不同粒径的氢氧化镁,研究了氢氧化镁的粒径对纤维素的保护效率的影响,并探讨了在纸浆纤维中原位合成氢氧化镁对氧脱木素的影响。结果表明在氧脱木素过程中,先加硫酸镁再加氢氧化钠的方式产生的氢氧化镁颗粒粒径最小,平均粒径为850nm。氢氧化镁的粒径越小,对纤维素的保护效果越好。在过渡金属离子存在下,减小氢氧化镁的粒径能够大大提高镁盐对纤维素的保护作用。当氢氧化镁的粒径从2953nm减小到850nm时,在800mg/kg的Fe3+添加量下,黏度从673mL/g提高到了886mL/g。在200mg/kg的Fe2+添加量下,黏度从615mL/g提高到了784mL/g。在100mg/kg的Mn2+添加量下,黏度从627mL/g提高到了775mL/g。硫酸镁在纸浆纤维表面和细胞腔内充分分布后,可以使镁盐的保护效率提高。对于卡伯值为34.3的辐射松硫酸盐浆,硫酸镁在纸浆中充分分布后,黏度从726mL/g提高到941mL/g,而未充分分布时仅仅提高到896mL/g。论文采用竹浆粕作为纤维素模型物,在氧脱木素条件下反应,考察了反应前后纤维素的聚合度、分子量的变化和废液中葡萄糖的含量的变化,以探讨氧脱木素过程中纤维素降解的关键因素。研究发现,在氧脱木素过程中,无论酚型木素是否存在,纤维素都会降解,并且过渡金属离子都会促进纤维素的降解,添加硫酸镁能够有效减少纤维素的降解。过渡金属离子会促进大分子量的纤维素降解成小分子量的纤维素,使小分子纤维素的含量增加,多分散系数(PDI)变大,纤维素的分子量分布变宽。而添加硫酸镁,能够减少大分子量的纤维素链断裂,因此随着氧脱木素反应的进行,纤维素的PDI逐渐减小,纤维素的分子量分布变窄。论文选取几种过渡金属离子控制剂,探讨其在氧脱木素过程中的应用,通过对反应后纸浆的卡伯值和黏度进行分析,探索适用于氧脱木素的金属离子控制剂,结果表明,在氧脱木素过程中,添加Al2(SO4)3、DTPA、HEDP、CDTA和EDTA和APAM,对于过渡金属离子的控制效果不是很好。一种聚糖类助剂(代码为CM)在氧脱木素过程中具有良好的金属离子控制效果,能够有效提高氧脱木素的选择性。CM的最佳用量为0.5%,并且随着CM的粒径下降越小,其对氧脱木素的选择性的提高效果显著。CM与硫酸镁具有协同作用,当CM与硫酸镁按2：1复配时,相对未加保护剂,黏度从620mL/g提高到了964mL/g,选择性从1.6提高到了5.1。