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1、过氧化氢漂白机理及在制浆造纸中的应用2012年3月第1期(总第106期)江荪造纸JIANGSUZAOZHI?27?过氧化氢漂白机理及在制浆造纸中的应用杨恒张素风(陕西科技大学造纸工程学院,陕西西安,710021)摘要过氧化氢(H:02)是无元素氯漂白(ECF漂白)和全无氯漂白(TCr漂白)中使用的主要漂白剂之一.近年来,随着人们环境保护意识的增强,过氧化氢漂白因其漂白范围广,白度稳定性好,废水中不含有毒氯化物可实现封闭循环,药品可回收以及节约能源等优点在纸浆漂白领域中越来越受到重视.本文对过氧化氢漂白的机理及在制浆造纸中的应用进行了综述.关键词过氧化氢;H202;漂白;机理传统的制浆造
2、纸工业中一般都使用含氯漂白剂进行漂白,产生的漂白废液对环境会造成一定程度的危害.自20世纪80年代以来,出于环境保护方面的考虑,人们致力于开发,推广氧系漂剂.过氧化氢(H0:),又称为双氧水,开始越来越多的应用于纸浆漂白领域.近年来,随着世界各国对环境保护问题特别是二嘌英(AOX)等毒性有机物危害的重视,现代制浆造纸工业要求更多地使用的氧系漂剂来替代部分甚至全部氯系漂剂.目前,过氧化氢已经大规模的应用于制浆漂白工业中,其漂白效果好,对环境无污染,在纸浆悬浮体中不产生氯的衍生物,符合环保要求.过氧化氢正快速代替氯气,二氧化氯以及次氯酸钠等氯系漂剂,成为主要漂剂.未来制浆造纸工业的清洁生产
3、必将推动过氧化氢的更广泛应用.1过氧化氢漂白的脱木素化学反应过氧化氢漂白时,主要是通过阻止木素中单个发色基团问的共轭,改变发色基团的化学结构,或通过消除助色基团与发色基团之间的结合等途径来完成的.木素结构单元苯环是无色的,但是在蒸煮过程中形成各种醌式结构后,就变成了有色体.过氧化氢对木素结构单元苯环的反应,实际上也就是破坏醌式结构的反应l-1].同时,在过氧化氢漂白时,还能通过木素结构单元苯环的侧链碎解来溶出木素.过氧化氢是一种氧化性漂剂,在水中水解生成过氢氧离子(H02-):H202+H20HO;+H30起漂白作用的就是H02-,增加HO的浓度可以提高漂白效果.由上述反应式可见,增加
4、H02-的途径有:一是提高过氧化氢的浓度;二是加碱促进水解反应:H202+OH一_H20+Ho;因此,H:0漂白时,要保持碱性,通常是加入Na0H.随着反应的进行,反应生成的有机酸会不断中和加入的碱,因此还要加入NaSiO,作为缓冲剂,维持反应所需的pH值.过氧化氢漂白过程中,还伴随有碳水化合物的降解反应.有研究表明,H0漂白磨石磨木浆时消耗于木素的约占40%,消耗于综纤维素的约占60%.过氧化氢与纸浆中木素发色基团的反应效率不高,尤其是与纸浆中木素邻醌型发色基团的反应效率不高,这是导致过氧化氢漂白效率不高的主要作者简介:杨恒,男,陕西科技大学造纸学院在读硕士研究生,研究方向:生物质精
5、炼与制浆化学.?28?江苏造纸JIANGSUZAOZHI第1期(总第106期)原因.另外,在漂白过程中,无效分解导致漂白效率降低以及生产成本的增加也是制约HO漂白发展的因素.有研究表明,引起HO无效分解的主要原因是纸浆中存在着一些微量金属离子,如:Fe¨,Cu",Mn¨,Ca¨,Mg等.不同的金属离子催化分解HO的作用也不相同.在过渡金属离子存在时,会发生如下反应:H2O2+M2+OH一+?OH十M.?OH+H2O2_HOO?+H2OM.+HOO._+M+O+H目前,降低和控制金属离子的有效方法就是在HO漂白前对纸浆进行预处理,使金属离子从纸浆中脱除或失去催化能力,从而达到保护H:O:
6、的目的.2过氧化氢漂白在制浆造纸工业中的应用2.1化学浆的过氧化氢漂白过氧化氢主要起漂白作用,它可以应用于纸浆漂白流程中的不同位置,可用于单段漂白,中间段漂白或终段漂白.过氧化氢的使用对环境无污染,在纸浆悬浮体中不产生氯的衍生物,因此可以重复利用排放漂白液,降低漂白成本,它还可以有效降低其它含氯漂剂如CIO:的用量,提高漂后纸浆白度,以及降低漂白废水的色度.在造纸工业中,过氧化氢是无元素氯漂白(ECF漂白)和全无氯漂白(TCF漂白)中使用的主要漂白剂之一,随着造纸工业清洁生产技术的推广,过氧化氢的应用将越来越广泛.在ECF漂白中,以C102,O2,H:O:为主要漂剂,通常以氧脱木素段(
7、O段)作为初始漂段,然后是C10段(D段)氧化残余木素,最后是碱抽提段(E段)通过添加H:O:和O:来强化漂白,进一步氧化残余木素J.ECF漂白的纸浆白度高,强度好,对环境的影响小,成本相对较低,现已得到广泛应用.而在TCF漂白中,则以O,O.,H:O为主要漂剂,漂白流程灵活多变,如OQPZ(PO),Q(EOP)(ZQ)(PO)等,既有氧或/和过氧化氢强化的碱抽提(EO),(EP),(EOP),又有加过氧化氢的氧脱木素(OP),用氧加压的过氧化
