阳离子活化过氧化氢体系形成机制及对纤维素基质有色杂质作用机理

Cationic bleach activators can react with hydrogen peroxide in aqueous solution to form more effective activated peroxide systems that enable bleaching to take place under low temperature (25-50 C) and neutral pH conditions to remove colored impurities in cellulosic substreates, but give rise to no apparent damage to cellulosic substrates. Compared to conventional hydrogen peroxide bleaching systems, the cationic activated peroxide systems significantly reduce energy consumption, are more environmentally benign, and thus have great potential of application in industrial bleaching (e.g. textile, pulp, domestic and industrial laundry, and so on). However, it is not clear yet what the mechanism is for formation of the cationic activated peroxide systems and how they play a role in removing colored impurities in cellulosic substrates.This project aims, by synthesizing a series of cationic blech activators that are used to form cationic activated peroxide systems for bleaching cellulosic substrates, to investigate chemical reaction kinetics (e.g. reaction rate, active energy, relationship between molecule structure of cationic bleach activator and reaction activity) related to the cationic activated peroxide systems and the mode of action of the active species on colored impurities in cellulosic substrates. The successful execution of this project will provide not only an important theoretic foundation for cationic activated peroxide systems but also a better understanding of their high performance on bleaching at low temperatures and neutral pH. The completion of this project will contribute to driving development of energy-saving and environmentally benign bleaching technology, thereby releasing the problems caused by conventional hydrogen peroxide bleaching (e.g. high energy consumption and environmental contaminants). From the point of view of economics and ecology, this project is of great importance and will have a profound effect on bleaching industry.

阳离子漂白活化剂可以与过氧化氢在水溶液中反应形成更为高效的活化过氧化氢体系，该体系在低温（25-50 C）和中性条件下能够去除纤维素基质上的有色杂质，并且不会对基质造成任何损伤，是一种新型的节能环保漂白体系，在纺织、造纸、家庭和工业洗涤等产业具有广阔的应用前景。但阳离子活化过氧化氢体系的形成机制及体系对纤维素基质上的有色杂质的作用机理至今尚不清楚。本项目拟通过合成一系列阳离子漂白活化剂、形成阳离子活化过氧化氢体系、去除纤维素基质上的有色杂质等手段，研究体系形成的化学反应动力学基础（反应速率、活化能、分子结构与反应活性之间的关系等）和体系中生成的活性粒子对纤维素基质上有色杂质的作用机理，控制体系中化学反应按照期望的方向进行。该课题的成功实施将为阳离子活化过氧化氢体系的应用提供理论依据，并推动节能环保漂白技术深入发展，具有重大的社会和生态效益。

棉纤维是一种天然纤维素纤维，是纺织服装产业最重要的原材料之一。但是棉纤维含有色素、棉腊、果胶、矿物质等天然杂质，必须在印染加工前通过精炼、漂白等前处理加以去处。棉纤维的常规前处理通常是在高温、强碱条件下进行，具有能耗高、污水处理负担重、纤维损伤严重等缺点。基于阳离子漂白活化剂（TBLC）的活化过氧化氢体系能够在低温（25-50 °C）和近中性条件下去除棉纤维素上的色素杂质，并且不会对纤维造成损伤，是一种新型的节能环保漂白体系。但阳离子活化过氧化氢体系的形成机制及体系对纤维上色素杂质的作用机理至今尚不清楚。本项目制备了一系列阳离子漂白活化剂，并成功构建了TBLC活化过氧化氢体系，用于棉纤维低温漂白。采用筛选实验从13个可能影响TBLC活化过氧化氢体系的因子中筛选出重要影响因子，并利用响应面分析法对TBLC活化过氧化氢体系的性能进行了优化。研究结果表明，经TBLC活化过氧化氢体系处理的棉纤维完全满足后续印染加工要求，与传统体系相比可以节省 83%的水、38%的蒸汽和27%的电力。通过研究TBLC活化过氧化氢体系对棉纤维的作用机制发现，体系中除了TBLC过水解主反应以外，还伴随着TBLC的水解、生成的过氧酸的双分子降解、TBLC与过氧酸的二酰化反应、过氧酸受过氧化氢攻击所致的降解等副反应；使用碳酸氢钠将体系的pH值控制在7±1的范围，可有效抑制这些副反应的发生。在反应动力学的研究中发现，TBLC的过水解反应有两个反应路径，即内酰胺基团的离去反应和内酰胺开环但未离去的反应。由于过氧酸为不稳定的中间产物，而且体系中存在其他副反应，本项目以易控制的TBLC水解反应为模板，探讨了TBLC的两个反应路径的动力学过程。结果表明，TBLC 的水解反应为准一级动力学反应，内酰胺基团的离去反应和内酰胺开环但未离去的反应为两个平行反应，而内酰胺基团的离去反应为主导反应。本课题的研究成果将为阳离子活化过氧化氢体系的应用提供理论依据，并推动节能环保漂白技术深入发展，具有重大的社会和生态效益。