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生物质精炼是一种通过实施环境友好的技术,充分有效地利用生物质资源,实现资源可持续发展的科学理念。与制浆造纸相结合的生物质精炼,是目前国际上热门的研究课题之一。生物质精炼将为提升我国制浆造纸工业的发展水平带来新的机遇。本文以与生物质精炼理念相结合的碱法制浆和TCF漂白流程为基础,对造纸速生材原料桉木进行制浆前水预水解抽提半纤维素,考察其对后续碱法制浆和H2O2漂白的影响,并探讨了水预水解对木素化学结构的影响。主要研究内容及结果如下:
⑴桉木片高温水预水解研究表明,水解液中的半纤维素糖类以戊糖为主,实验条件下的戊糖提取率为28%~42%。后续碱法制浆的结果表明,水预水解可降低NaOH-AQ法制浆和硫酸盐法制浆的用碱量,在相近蒸煮条件下则可降低浆料卡伯值7~10个单位,提高原浆白度4~6个单位,并使浆料中的己烯糖醛酸含量和金属离子含量明显降低,但水预水解使纸浆得率降低1.5~4.5个百分点,黏度也有所下降。
⑵过氧化氢漂白的实验结果表明,水预水解可提高NaOH-AQ浆料单段P漂和(AQ)P二段漂的漂后白度,降低H2O2的消耗量,提高漂后浆料白度的稳定性;水预水解对硫酸盐浆的(AQ)P漂白也有类似的结果,但对单段P漂影响不大。对纸浆物理性能的研究表明,水预水解使碱法纸浆打浆能耗明显提高,物理强度指标有所下降,(AQ)P二段漂后的硫酸盐浆强度下降较为明显。
⑶离子色谱对糖类的分析结果表明,水预水解对木片中半纤维素糖类溶出的选择性较高,水解液固形物中糖类占绝大部分,其中一部分仍以低聚糖形式存在。经水预水解后,浆料中的半纤维素含量明显下降,黑液固形物中的糖类物质也下降了近一半。
⑷紫外光谱、FT-IR光谱和定量31P-NMR谱分析结果显示,水预水解后原料木片的酶解-温和酸水解木素(EMAL)和黑液木素的结构发生了一定的变化。水预水解后原料EMAL木素在紫外光区的吸收增强,酚羟基含量增加,脂肪族羟基含量下降;黑液木素也具有相似的结果。
⑸对木素样品的GPC分析结果显示,从水预水解后的原料木片中分离的EMAL木素重均分子量有所增大,多分散性稍有降低;而从NaOH-AQ法黑液分离的碱木素分子量有所下降,多分散性降低较明显;而Kraft木素则表现为分子量增大较明显,且多分散性增加。黑液木素的TGA分析结果表明,水预水解对黑液木素的热裂解历程有一定影响,最大热失重速率提高15%~20%。