酸洗处理和螯合处理对以氢氧化镁作碱源的高浓混合阔叶木化机浆过氧化氢漂白的影响

在造纸工业中，过氧化氢（H₂O₂）漂白是一种常用的漂白方法，用于提高纸浆的白度和改善其光学性能。氢氧化镁（Mg(OH)₂）作为一种碱性物质，常被用作漂白过程中的碱源。然而，纸浆中的某些金属离子（如铁、锰等）会催化过氧化氢的分解，从而降低漂白效率。为了提高漂白效果，通常需要对纸浆进行预处理，以去除这些有害的金属离子。酸洗处理和螯合处理是两种常用的预处理方法。

研究目的

本研究旨在探讨酸洗处理和螯合处理对以氢氧化镁作碱源的高浓混合阔叶木化机浆（TMP）过氧化氢漂白的影响，并优化漂白工艺条件，提高漂白效果。

实验原理

1. 酸洗处理：
• 酸洗处理通常使用无机酸（如硫酸H₂SO₄）或有机酸（如柠檬酸C₆H₈O₇）处理纸浆，通过酸性环境去除纸浆中的金属离子。 Fe2++2H+→Fe3++H2Fe2++2H+→Fe3++H2
2. 螯合处理：
• 螯合处理则是通过加入螯合剂（如乙二胺四乙酸EDTA或柠檬酸）与金属离子形成稳定的络合物，从而去除这些离子。 Fe3++EDTA→[Fe(EDTA)]−Fe3++EDTA→[Fe(EDTA)]−
3. 过氧化氢漂白：
• 在漂白过程中，过氧化氢在碱性条件下（如氢氧化镁提供）分解生成自由基，这些自由基可以氧化纸浆中的色素物质，从而提高纸浆的白度。 H2O2+OH−→HO2−+H2OH2O2+OH−→HO2−+H2O

实验材料与方法

实验材料

• 高浓混合阔叶木化机浆（TMP）：作为研究对象。
• 酸洗试剂：如硫酸（H₂SO₄）或柠檬酸（C₆H₈O₇）。
• 螯合剂：如乙二胺四乙酸（EDTA）或柠檬酸。
• 氢氧化镁（Mg(OH)₂）：作为碱源。
• 过氧化氢（H₂O₂）：作为漂白剂。
• 其他试剂：如去离子水、pH调节剂等。

实验步骤

1. 酸洗处理：
• 将纸浆与酸洗试剂混合，调节pH值至2-3，搅拌一定时间（如30分钟），去除纸浆中的金属离子。
• 通过过滤或离心分离纸浆，去除酸洗后的溶液。
• 用去离子水多次洗涤纸浆，去除残留的酸根离子。
2. 螯合处理：
• 将纸浆与螯合剂混合，搅拌一定时间（如30分钟），使金属离子与螯合剂形成稳定的络合物。
• 通过过滤或离心分离纸浆，去除螯合后的溶液。
• 用去离子水多次洗涤纸浆，去除残留的螯合剂。
3. 过氧化氢漂白：
• 将预处理后的纸浆与氢氧化镁混合，调节pH值至10-11，加入适量的过氧化氢，搅拌一定时间（如1小时），进行漂白。
• 漂白完成后，通过过滤或离心分离纸浆，去除漂白后的溶液。
• 用去离子水多次洗涤纸浆，去除残留的过氧化氢和碱性物质。
4. 性能测试：
• 白度测试：使用白度计测定纸浆的白度。
• 强度测试：测试纸浆的物理性能，如抗张强度、撕裂强度等。
• 金属离子含量测定：使用原子吸收光谱法（AAS）测定纸浆中残留的金属离子含量。

结果与讨论

1. 酸洗处理的影响：
• 酸洗处理可以有效去除纸浆中的金属离子，特别是铁离子（Fe³⁺）。实验结果显示，酸洗处理后纸浆的白度显著提高，且强度损失较小。
• 通过调节酸洗条件（如pH值、处理时间等），可以进一步优化酸洗效果。
2. 螯合处理的影响：
• 螯合处理同样可以有效去除纸浆中的金属离子，特别是那些难以通过酸洗去除的金属离子。实验结果显示，螯合处理后纸浆的白度也有显著提高，且强度损失较小。
• 通过调节螯合剂种类和浓度，可以进一步优化螯合效果。
3. 漂白效果比较：
• 与未经处理的纸浆相比，经过酸洗处理和螯合处理后的纸浆漂白效果显著提高，白度增加幅度更大，且强度损失相对较小。
• 酸洗处理和螯合处理都可以提高过氧化氢的稳定性，减少其在漂白过程中的分解，从而提高漂白效率。
4. 金属离子含量测定：
• 通过AAS测定纸浆中残留的金属离子含量，结果显示，酸洗处理和螯合处理均能有效降低纸浆中的金属离子含量，尤其是铁离子。

工艺优化

1. 酸洗条件：
• pH值：酸洗处理的最佳pH值为2-3，过低的pH值可能会对纸浆纤维造成损伤。
• 处理时间：酸洗处理的最佳时间为30分钟，过长时间的处理可能会导致纸浆强度下降。
2. 螯合条件：
• 螯合剂种类：EDTA和柠檬酸均是有效的螯合剂，可根据具体情况选择。
• 处理时间：螯合处理的最佳时间为30分钟，过长时间的处理可能会导致纸浆强度下降。
3. 漂白条件：
• pH值：漂白过程中的pH值控制在10-11，可以提高过氧化氢的稳定性，减少其分解。
• 过氧化氢浓度：适量的过氧化氢浓度可以提高漂白效果，过高浓度可能会导致纸浆强度下降。

通过酸洗处理和螯合处理可以有效去除高浓混合阔叶木化机浆中的金属离子，提高以氢氧化镁作碱源的过氧化氢漂白效果。酸洗处理和螯合处理均能显著提高纸浆的白度，且强度损失较小。通过优化酸洗条件和螯合条件，可以进一步提高漂白效果。这一研究为提高纸浆漂白效率提供了新的思路和技术支持。