【摘 要】
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随着快递纸质包装快速发展和公众环保意识的不断增强,废纸箱(OCC)的回收和循环效率越来越高。OCC废纸浆反复循环回用,纸浆纤维的强度性能逐次降低,而瓦楞原纸和箱纸板抄造原料基本上完全使用OCC纸浆二次纤维,造纸企业普遍采用酶改性淀粉对瓦楞原纸和箱纸板进行表面施胶增强,来确保产品质量指标要求。然而,酶改性淀粉因其非离子特性,在OCC废纸制浆过程中将溶解进入水中,随着过程水的大比例循环回用,淀粉在制浆
【基金项目】
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江苏省科技计划重点项目《提升国产OCC废纸二次纤维循环回用质量及造纸清洁生产技术集成》(BE2018129); 国家自然科学基金项目《OCC原料制浆过程中纸浆纤维表面淀粉溶解行为及其资源化利用方法》(31770417);
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随着快递纸质包装快速发展和公众环保意识的不断增强,废纸箱(OCC)的回收和循环效率越来越高。OCC废纸浆反复循环回用,纸浆纤维的强度性能逐次降低,而瓦楞原纸和箱纸板抄造原料基本上完全使用OCC纸浆二次纤维,造纸企业普遍采用酶改性淀粉对瓦楞原纸和箱纸板进行表面施胶增强,来确保产品质量指标要求。然而,酶改性淀粉因其非离子特性,在OCC废纸制浆过程中将溶解进入水中,随着过程水的大比例循环回用,淀粉在制浆系统中含量不断上升与累积,引起微生物大量繁殖,并产生腐浆及胺氮类臭味,危害制浆造纸系统的清洁、设备稳定运行和产品品质。目前,含大量废弃淀粉的制浆废水一般送往污水处理,经厌氧发酵产生沼气能源,因只回收利用部分价值导致宝贵淀粉资源的巨大浪费。因此,为了客观了解OCC废纸制浆过程中废弃淀粉的理化性质,评价资源化利用的可行性。本论文研究将对OCC制浆废水中淀粉、金属离子和酸根离子含量进行了测定,并采用磷钼酸催化氧化淀粉模拟物产单糖和乙醇酸等平台化学品,磷钼酸催化体系应用于OCC制浆废水淀粉的资源化利用的可行性,为有效解决废弃淀粉引起的危害及宝贵淀粉资源浪费提供理论参考。研究结果表明:(1)OCC废纸制浆多盘浓缩机过滤废水中的,其淀粉含量为4.5~4.8 g/L;Na+、K+、Mg2+和 Ca2+含量分别为 49.53、19.88、40.88 和 1645.98 mg/L;Cl-和SO42-含量分别为 115.84和300.51 mg/L。废弃淀粉为非离子特性,分子量为2.79×104。(2)采用磷钼酸催化氧化淀粉模拟物,结果表明,在145℃反应温度下,反应体系pH为2,淀粉浓度和磷钼酸用量分别为5 g/L和20 wt%时,反应120 min后,单糖和乙醇酸得率之和高达93.57 wt%,乙醇酸的选择性为66.72%。磷钼酸的双功能化使其具有Br(?)nsted酸性和氧化性,可加速淀粉的酸性水解,同时能够催化葡萄糖异构化为甘露糖,两种己糖都能发生[2+4]逆向羟醛反应,高选择性生成乙醇酸的方向进行,说明磷钼酸对淀粉的催化氧化制备乙醇酸具有较高的选择性。(3)利用MATLAB软件,对磷钼酸催化氧化淀粉的动力学影响因素进行了实验值和预测值的非线性最小二乘回归法拟合,得到不同条件下淀粉降解反应的反应速率和反应活化能等动力学参数,建立了平行一级串级动力学模型:r1=5.05×109CSCH+0.34e-87620/RT;r2=9.28×109CSCH+0.28e-90040/RT r3=5.55×1017CSCH+0.33e-157790/RT;r4=9.75×1011CSCH+0.28e-107750/RT(4)采用磷钼酸催化氧化体系处理工厂OCC制浆废水中淀粉,当反应时间为60min时,单糖得率为56.34 wt%,乙醇酸得率为10.12 wt%。单糖得率和乙醇酸得率低于淀粉模拟物,分析可能与实际生产系统中微生物发酵、停留时间等因素有关。综上所述,OCC废纸制浆过程中溶出的淀粉具有分子量小、没有离子性,无法被直接利用特点;通过磷钼酸对其进行催化氧化,可获得高附加值的单糖和乙醇酸等平台化学品,为降低废弃淀粉引起的危害、资源化利用废弃物提供了理论参考。
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