甘蔗渣14-丁二醇溶剂法制浆工艺及机理研究

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1、甘蔗渣l，4一丁二醇溶剂法制浆工艺及机理研究摘要有机溶剂法制浆的生产过程无臭气、成浆容易漂白、木素和其他副产品容易回收进行综合利用，是一种无硫的清洁化制浆工艺。其中以乙醇和甲醇为代表的低级脂肪醇(沸点小于lOO℃)是溶剂法制浆最常用的有机溶剂，但是这类溶剂具有沸点低、高挥发性和易燃等特性，在制浆过程易产生高压，对制浆设备及过程操作的安全性要求很高，而且溶剂回收困难。为此，本研究以高沸醇(1，4一丁二醇，沸点：235"C)为溶剂，探索甘蔗渣高沸醇溶剂法制浆的工艺及其机理。研究内容主要包括：制浆工艺、浆料洗涤工艺、蒸煮反应历程、脱木素反应和碳水化合物降解动力学。研究结果如下：l、甘蔗渣高沸

2、醇(1，4一丁二醇)为溶剂的制浆蒸煮工艺探索试验表明：温度对蒸煮效果影响最大，从同时制备木素和纸浆的角度，适宜的蒸煮工艺条件为：l，4一丁二醇醇溶剂浓度60％，蒸煮温度190"C，蒸煮时间90min，液比1：6。2、酸催化对甘蔗渣l，4一丁二醇溶剂法制浆的影响研究表明：(1)酸催化剂(甲酸、醋酸、柠檬酸)的加入能够明显加快木素脱除，能降低蒸煮最高温度和减少保温时间，其中柠檬酸的催化效果最为明显；(2)加入甲酸、醋酸、柠檬酸作为催化剂和未添加催化剂的l，4一丁二醇制备的浆料物理性能指标比较显示：加入酸催化剂会使浆料抄纸强度下降；(3)红外分析表明：加入酸催化剂对1，4．丁二醇制浆过程获得

3、的木素的结构影响不大。I3、甘蔗渣l，4一丁二醇制浆洗涤工艺的研究结果：通过洗涤前后浆料卡伯值变化表明，洗涤段数、洗涤溶剂浓度是高沸醇溶剂制浆的浆料洗涤最大影响因素。纤维表面SEM分析显示：水洗不能有效洗掉溶剂制浆的浆料纤维表面吸附的木素，两段溶剂洗涤能有效洗掉附着在纤维表面的溶出木素。本实验条件下，甘蔗渣1，4一丁二醇制浆的浆料洗涤适宜工艺为：洗涤溶剂浓度大于60％，时间30min，温度80℃，液比1：6，溶剂洗涤段数2段。4、蒸煮反应历程研究表明：甘蔗渣l，4一丁二醇蒸煮制浆体系的pH值对蒸煮过程中碳水化合物和木素的溶出影响较大，蒸煮前期两者溶出速率较快，后期趋于平缓。甘蔗渣1，4

4、一丁二醇蒸煮脱木素动力学表现出两个阶段：木素主要脱除阶段和木素残余脱除阶段，各阶段木素浓度对脱木素反应均为拟一级反应，主要木素脱除阶段和残余木素脱除阶段活化能分别为98．6kJ／mol和152．3kJ／mol。l，4一丁二醇蒸煮甘蔗渣制浆过程各阶段碳水化合物浓度对碳水化合物降解反应均为拟一级反应，主要碳水化合物降解阶段和残余碳水化合物降解阶段的活化能分别为117．4lO／mol和125．9ld／mol。本论文提出了适合甘蔗渣制备纸浆和分离木素的高沸醇(1，4一丁二醇)溶剂法蒸煮和浆料洗涤工艺，探索了甘蔗渣l，4一丁二醇溶剂法蒸煮反应规律。为甘蔗渣等农林废弃物建立在清洁制浆基础上实现分离

5、纤维、木素、糖类等组分并进行综合利用的生物炼制模式提供前期研究基础数据。关键词：甘蔗渣l，4一丁二醇高沸醇溶剂法制浆脱木素动力学制浆机理生物炼制ⅡSTUDYONTHEPROCESSANDMECHANISMOFHIGHBOILINGSOLVENTPULPINGOFBAGASSEABSTRACTSolventpupingisavailablewaythatcallseparatefiber，li印in，sugars，andothercomponentsfromrawmaterialstoachievecleanerproduction，．Ethanolandmethanolastherep

6、resentativeoftheloweraliphaticalcohol(boilingpointlessthan100℃)isthemostcommonorganicsolventsofsolventpulping，duetotheseloweraliphaticalcoholsolventwithalowboilingpoint'hi曲lyvolatileandflammableproperties，highpressurecausedeasilyduringethanolpulping，hi曲securityrequirementsisneededfortheprocessof

7、pulpingequipmentandoperation，otherwisethesolventrecoveryisverydifficult．Forthisreason,1,4一butanediolischoseassolventofpulpingforthisstudy，andexploretheprocessandmechanismduringHBS(1，4一butanedi01)pulpingofbagasse，Researchincl