微波辐射碱法麦草制浆工艺及机理研究

摘要

微波辐射制浆技术和传统工艺方法相比，可在常压下制浆，制浆设备简单；可缩短时间，降低能耗，减少药品的用量；可解决长期困扰的环境污染问题，即黑液降解。本文主要研究了微波辐射麦草碱法制浆工艺性能以及对制浆黑液的处理，得出以下结论。
　　(1)对麦草原料成分分析得出麦草中水分、冷水抽出物、热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯.醇抽出物、综纤维素、纤维素和木素的含量分别为6.57%、10.36%、18.20%、46.13%、1.99%、71.37%、38.76%、15.90%。
　　(2)通过单因素实验、正交实验和重复实验，考察了微波制浆过程中用碱量、硫化度、液比、微波功率和时间对纸浆得率、卡伯值、纤维素含量和黑液中木素吸光度的影响，最终得出了最佳工艺条件。
　　在常压条件下，微波辐射麦草硫酸盐-蒽醌法制浆实验得出的最佳工艺条件为：功率450 W、液比1:6、NaOH：Na2S=6:1、t=45 min，此条件下麦草纸浆得率可以达到52.53%左右，纤维素含量77.27%左右、卡伯值为22.23左右。
　　加压条件下，硫酸盐-蒽醌法制浆实验得出的最佳工艺条件为：为保证实验的重复性，在功率450W、液比1:7、NaOH：Na2S=8:1、t=40 min，此条件下麦草纸浆得率可以达到49.79%左右，纤维素含量76.21%左右、卡伯值为15.16左右。
　　在最佳工艺条件下，对常压条件和加压条件下进行比较，得出常压条件下纸浆的得率、卡伯值和纤维素含量优于加压条件下的纸浆，但脱木素程度稍低于加压条件下的纸浆。
　　(3)通过对制浆黑液中木素含量和[OH-]随时间的变化，分析脱木素历程，得出在常压和加压微波辐射条件下，脱木素过程明显分为两个阶段，即大量脱木素阶段和残余脱木素阶段，两个阶段的木素脱出均遵循一级反应动力学规律。
　　通过尝试法确定出[OH-]对脱木素两阶段的反应级数，常压条件下大量脱木素阶段的反应级数为0.7，残余脱木素阶段为4.4，加压条件下前者的反应级数为1.1后者为6.5，通过数据得出残余脱木素阶段碱用量对木素脱出有更大的影响，需保证足够的用碱量。
　　根据阿伦尼乌斯公式得出常压条件下大量脱木素阶段和残余脱木素阶段的活化能分别为29.3016 KJ·mol-1和91.3051 KJ·mol-1，加压条件下分别为86.3614 KJ·mol-1和673.5279 KJ·mol-1，在后一阶段需消耗大量的能量以保证脱木素。
　　(4)运用微波协同氧化工艺对造纸黑废液进行处理的结果，考察活性炭用量、微波辐射功率，微波辐射时间等对黑液处理效果的影响。结果表明微波协同活性炭处理造纸黑液效果非常理想，其影响顺序为辐射功率>活性炭用量>辐射时间，最佳的工艺条件：微波辐射700 W，辐射10 min，活性炭用量10 g，黑液的色度去除率能稳定达到94%。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 微波的特性与应用

1.2 国内外制浆方法现状

1.2.1 机械制浆

1.2.2 化学制浆

1.2.3 有机溶剂制浆

1.2.4 生物制浆法

1.2.5 现代分析技术制浆法

1.2.6 氧碱制浆法

1.2.7 其它制浆工艺

1.3 本文研究内容和研究意义

1.3.1 研究内容

1.3.2 本文研究的目的和意义

第二章 麦草原料成分分析

2.1 实验药品及仪器

2.1.1 实验原料及药品

2.1.1 实验仪器

2.2 麦草成分分析

2.3 小结

第三章 微波辐射麦草碱法制浆工艺参数的确定

3.1 实验原料试剂及主要仪器

3.1.1 实验原料及试剂

3.1.2 实验主要仪器

3.2 实验内容

3.3 实验

3.3.1 常压条件下最佳工艺参数的确定

3.3.2 加压条件下最佳工艺参数的确定

3.4 常压和加压下工艺条件的比较

3.5 小结

第四章 制浆过程的反应动力学研究

4.1 反应动力学简介

4.2 脱木素过程

4.3 实验

4.3.1 实验原料及主要仪器

4.3.2 微波辐射麦草硫酸钠-蒽醌制浆法动力学实验条件的确定

4.4 常压条件下反应动力学的研究

4.4.1 木素影响因素分析

4.4.2 反应级数的确定

4.4.3 微波辐射麦草硫酸钠-蒽醌法制浆活化能的计算

4.4.4 动力学方程式的确定

4.5 加压条件下反应动力学分析

4.5.1 反应级数的确定

4.5.2 微波辐射麦草硫酸钠-蒽醌法制浆活化能的计算

4.5.3 动力学方程式的确定

4.6 常压和加压条件下动力学特性比较

4.7 小结

第五章 造纸黑液的处理

5.1 实验

5.1.1 仪器与药品

5.1.2 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 活性炭用量对黑液处理效果的影响

5.2.2 辐射时间对黑液处理效果的影响

5.2.3 辐射功率对黑液处理效果的影响

5.2.4 正交实验

5.2.5 活性炭的重复使用实验

5.3 微波辐射处理黑液机理的初步探讨

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢