蒽醌在碱法制浆过程中传质机理的研究

在目前使用最普遍的、利用碱法（含硫酸盐法）来生产化学浆的生产中，蒽醌被公认为可显著加快脱木素并提高纸浆得率最有效的蒸煮助剂。然而，与木材原料中含量高于70%的综纤维素相比，现行碱法制浆所取得的50%左右的得率还有进一步提高的空间。因此，进一步探索影响蒽醌发挥其功效的因素，如蒸煮过程中蒽醌在木片中的传质规律等，将对最大限度的提高蒽醌的作用效果及新制浆工艺的开发起到重要的作用。本项目基于对蒽醌在蒸煮药液和木片中的浓度分布的测定，揭示蒽醌在复杂蒸煮过程中的传质机理，同时，对碱法制浆蒸煮过程中蒽醌对纤维组分与蒸煮药液的化学组成的影响以及其本身含量的变化进行考察，从而确定制约蒽醌在木片中有效传质的主要因素。最终，本研究将在不改变现有制浆设备的前提下，以达到确保蒽醌加速木素脱除的同时最大程度减少碳水化合物的降解，进而提高化学浆的得率，为制浆工业原材料的高效利用、节能减排新工艺的研发，提供理论的指导。

碱法制浆（含硫酸盐法）是目前使用最普遍的制浆方法，其得率为50%左右，与木材原料中综纤维素含量为70%相比，仍有提升的空间。蒽醌作为最有效的蒸煮助剂，可显著加快脱木素并提高纸浆得率。因此进一步探索影响蒽醌发挥其功效的因素，将对最大限度的提高蒽醌的作用效果及新制浆工艺的开发起到重要的作用。本研究首先建立了一种普遍适用、简单、准确的测定蒸煮过程中木片和药液中蒽醌浓度的分析方法，此方法是基于用连二亚硫酸钠在碱性条件下将蒽醌还原成蒽氢醌，然后在505nm处检测蒽氢醌的吸光度而建立的。其次研究了液比对硫酸盐法蒸煮过程中脱木素的影响，建立了基于蒸煮液比、纸浆修正卡伯值预测溶解木素量的数学方程，并以蒸煮效率，残余有效碱，纸浆黏度，粗浆得率，粗渣率以及纸浆纤维长度均一性为参考条件选择出了合适的蒸煮液比：4.5，为后续超微细蒽醌扩散渗透的机理及应用的研究提供依据。并建立了一种快速测定速生桉木碱法制浆黑液中残余有效碱的方法，即向黑液中加入适量BaCl2溶液后，采用标准盐酸溶液直接滴定，省去了标准滴定法中样品静置沉淀及过滤等步骤，成功建立了一种操作简单、准确性好，并适用于生产中对速生桉木黑液残余有效碱的快速测定法，提高了本课题研究中黑液中残余有效碱检测的效率。在以上工作的基础上，将本研究中利用球磨法制备的含量高、粒径小、粒径分布均一的超微细蒽醌悬浮液，在合理的工艺条件下应用于桉木硫酸盐法制浆，结果表明此超微细蒽醌悬浮液可提高脱木素效率至普通蒽醌的1.8倍，也明显提升了纸浆得率，降低了蒸煮最高温度或保温时间，节约了有效用碱量，并大幅度地降低了黑液中碳酸根离子的含量，未添加蒽醌及添加常规蒽醌制浆的碳酸根产生量分别是其1.5和1.25倍。显然，这对于降低蒸煮后续碱回收工段的结垢危害、提高碱回收效率、降低碱回收运营成本将产生十分积极的效应。并且超微细蒽醌悬浮液的使用使得甲醇的生成量降低了30%，这将进一步大幅度地降低制浆厂的VOC排放量。至此本课题已发表20篇SCI文章， 19篇中文核心期刊的文章，并申请了2篇发明专利（专利号分别为201310567506.6、201310455281.5）及2篇实用新型专利（专利号分别为：201320719120.8、201320608848.3）。