蒽醌(AQ)作为一种常用蒸煮助剂的主要成分,具有加速木素脱除,又能保护纤维素和半纤维素的良好性能而使其得到广泛的应用[1]。但AQ不溶于蒸煮液,在蒸煮过程很难均匀地和原料混合,这在一定程度上影响了其性能的发挥。AQ不溶于蒸煮液,但其还原产物AQ却能溶于蒸煮液。LaurelE.Falk等人[2]用14C标记AQ和木材切片技术发现在蒸煮的初始阶段AQ主要分布在木片的表面,而碱液已渗透到木片的中心。AQ与木片渗透速度的差异影响了AQ性能的发挥。而用AQ的还原形式AHQ却能很快渗透到木片的中心,能进一步提高浆料的得率,降低卡伯值。CarolaStorgard-Envallc对高温下AQ的溶解反应进行了研究[3],在160℃温度下,Na2S、葡萄糖、Na2S2O4等能将AQ部分还原,温度要求太高,在实际生产意义不大。本研究的目的就是寻找一种适宜的还原剂能在较低的温度(60~100℃)将AQ还原,并用于生产。研究结果表明Na2S2O4在较低温度下对AQ表现出了优良的还原性能,改性后的AQ在硫酸盐法制浆中更能发挥AQ加速木素脱除、保护碳水化合物的效果。
1实验方法
将反应物按一定的比例放入100mL不锈钢蒸煮器反应一定时间后取出,用3G的玻砂坩锅过滤,1mol的硫酸洗涤,用蒸馏水洗至中性,烘干称重[4]。
2实验原料及设备
2.1AO还原实验药品及设备
2.1.1主要实验药品
Na2S204(90%)(保险粉):上海联试化学有限公司
蒽醌、助剂X:江苏常州正大超细粉体有限公司提供
2.1.2实验设备
100mL不锈钢蒸煮器、SHZ-88台式水浴恒温振荡器
2.2蒸煮的原料及设备
2.2.1实验原料
桉木来自广东某地,木片长约20~30mm,宽约10~20mm,厚约3mm。
马尾松来自广西某地,木片长约20~30mm,宽约10~20mm,厚约3mm。
2.2.2实验设备
八罐回转甘油浴蒸煮器,PHS-25型pH计。
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3.1最佳还原剂的确定
蒽醌的用量为1.0g,在120℃时比较硫化钠、葡萄糖、保险粉对AQ的还原能力,找出最佳还原剂.可以看出,在硫化钠、葡萄糖、保险粉这三种还原剂中,保险粉的还原能力最强,远高于硫化钠和葡萄糖,因此保险粉最适宜作AQ的还原齐U。
3.2最佳还原条件的确定
改变温度、时间、Na2S2O4和NaOH用量,确定AQ还原的最佳条件,可以看出Na2S2O4还原AQ的最佳条件:温度80℃、时间120min、AQ:Na2S2O4:NaOH=1∶3∶4.5(质量比),转化率最高(96.4%)。在这四个因素中,NaOH用量影响最大,时间影响较小,在20min时已达64.1%。由于Na2S2O4在高温碱性条件下易发生歧化反应:2S2O42-+H2O=S2O32-+2HSO3-故温度太高AQ还原的转化率反而下降。
4改性AQ结构的确定
由AQ和改性AQ的红外光谱测定结果可知,在红外光谱中蒽醌的醌式结构C=0在1700cm-1有强伸缩振动,还原AQ的醌式结构转变成酚型O-H在3500cm-1强的伸缩振动,对本实验还原AQ进行红外分析,在3440cm-1有强的吸收,证明AQ的醌式结构转变成AHQ的酚型结构。
改阻AQ的物理化学I生质:溶于碱液,溶液呈暗红色,易被空气中的氧所氧化。
5改性AQ用于硫酸盐法蒸煮
5.1改性AQ对桉木硫酸盐法蒸煮结果的影响
桉木硫酸盐法制浆条件:用碱量(以Na2O计)16%,硫化度20%,液比1∶4,最高蒸煮温度160℃,保温时间90min,助剂用量为0.10%,用不同助剂的蒸煮结果,可知:在桉木的硫酸盐法蒸煮中,加入改陛AQ蒸煮后浆料得率为50.4%,普通AQ蒸煮后浆料得率为49.4%,添加改性AQ后得率较普通AQ增加1.0%,蒸煮助剂X蒸煮后浆料的得率50.0%,改性AQ的得率比蒸煮助剂X高0.4%。加入改性AQ蒸煮后浆料的卡伯值为17,普通AQ浆料的
5.2改性AQ对马尾松硫酸盐法蒸煮的影响
马尾松硫酸盐法蒸煮条伯:用碱量:(以Na2O计)18%,硫化度30%,液比1∶4,最高蒸煮温度170℃,保温时间90min,助剂的用量0.10%,用不同助剂的蒸煮,可以得出:在马尾松的硫酸盐法蒸煮中,加入改性AQ蒸煮后浆料得率为46.5%,普通AQ蒸煮后浆料的得率为45.9%,添加改性AQ后得率比普通AQ增加0.6%;加入助剂X蒸煮后浆料的得率46.1%,改性AQ的得率比助剂X高O.4%。加入改眭AQ蒸煮后浆料卡伯值为31.1,加入普通AQ蒸煮后浆料的卡伯值为34.3,添加改性AQ蒸煮后浆料卡伯值比普通AQ下降3.2;加入助剂X蒸煮后浆料的卡伯值为33.0,改性AQ的卡伯值比X低1.9。若以Y/K值(得率/卡伯值)来表示添加蒸煮助剂后木素脱除程度及纤维素和半纤维素保护状况,则Y/K值:改性AQ>助齐qX>普通AQ。
加入改性AQ蒸煮后黑液中残碱的含量为10.5g/L,加入普通AQ蒸煮后黑液中残碱含量为9.9g/L,改性AQ黑液中残碱的含量比普通AQ高0.6g/L;加入助剂X蒸煮后黑液中残碱含量为10.2g/L,改性AQ黑液中残碱的含量较助剂X高0.3g/L。
从以上可以看出,改性AQ无论对
6结论
6.1在AQ改性过程中,Na2S2O4对AQ的还原能力最强;Na2S2O4还原AQ的最佳条件:80℃、12min、AQ:Na2S2O4:NaOH=l:3:4.5(质量比),转化率达96.4%。其中NaOH用量对AQ的还原影响最大。
6.2改性AQ对桉木、马尾松的硫酸盐法制浆能使浆料的得率提高0.8%~1.O%,卡伯值下降,2~3,黑液中的残碱也有提高。
6.3Y/K值(得率/卡伯值)来表明添加蒸煮助剂后木素脱除程度及纤维素和半纤维素保护状况,改性AQ>助齐UX>普通AQ。