杨木高温预水解工艺初探

研究杨木在不同条件下的高温预水解反应,探讨预水解温度、保温时间、液比及预水解因子(P因子)等对预水解的影响。研究结果表明:随着反应温度、保温时间及液比增大,预水解后杨木得率降低,预水解液(PHL)的pH值降低,固形物含量、酸溶木素含量和聚戊糖提取率升高,预水解温度过高(≥180℃),易发生木素或LCC吸附、沉积现象,不利于半纤维素的提取;P因子能较好地控制预水解反应,且相同的P因子条件下,所得预水解后的木片及PHL相关结果相近。通过P因子优化实验,得到杨木高温预水解的优选工艺条件为:预水解温度170℃,保温时间60min,相应的P因子约764h,液比5:1。     

高温预水解对杨木硫酸盐法制浆的影响

杨木经高温预水解处理后,再进行硫酸盐法(KP)蒸煮,探讨了预水解对浆料、黑液及成纸等相关性能的影响。结果表明:高温预水解处理能显著提高后续蒸煮过程脱木素的效果,从而降低蒸煮用碱量;随预水解P因子增大,浆料的得率略微降低,卡伯值下降显著,当P因子≤500时,浆料黏度变化不大,随后显著降低;在一定程度上,高温预水解有助于后续黑液的碱回收利用,当P因子≥470时,随P因子增大,黑液固形物含量增加,且相应的高位发热量也不断上升;高温预水解导致浆料打浆难度加大,对成纸白度和撕裂度有所贡献,但对成纸其他物理性能具有负面影响,在相同P因子条件下,所得浆料打浆及成纸性能相近。     

热水预水解对杨木预水解液性能的影响

在硫酸盐法制浆(KP)前对杨木木片进行热水预水解处理,探讨了不同P因子对预水解液性能的影响.实验结果表明:随P因子增大,预水解液的p H不断降低,最终导致水解木片的得率不断降低,此外,预水解液中的固形物、聚戊糖、酸溶木素、糠醛和COD C r含量也呈增加趋势;当P因子≥1355时,预水解液体系中易发生物质的吸附与沉积,经傅里叶红外光谱(F T-I R)表征证实该沉积物为木素/LC C类物质;当P因子为608~1060时,预水解液和水解木片中的聚戊糖提取率具有良好的线性关系:y=1.340x+7.235,R 2=0.977;在热重分析(TGA)过程中,预水解液主要的失重温度范围为165~450℃,且当P因子由61增至1355时,失重由41%升至61%.     

预水解因子对杨木木片相关性能的影响

在碱法制浆前对杨木木片进行热水预水解处理,并借助扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）及热重分析（TG）等手段探讨了不同预水解因子（P因子）对木片相关性能的影响。结果表明,随着P因子的增大,水解后木片的白度和得率逐渐降低并趋于稳定,处理后木片中的聚戊糖含量显著降低,酸溶木素和Klason木素含量也降低,纤维素的含量变化不大;热水预水解处理将导致木片纤维的数均长度和宽度均有所下降,且随着P因子的增大,纤维素的结晶度有所提高,但不改变纤维素晶体构型;预水解后木片表面形成较多孔隙,且纤维表面会形成由木素或木素 碳水化合物复合体（LCC）等组成的球形颗粒状物质,当P因子≥1355时,易发生物质的吸附沉积现象,在木片上形成一层光亮层;TG和发热量分析表明,经热水预水解处理后的木片,热失重要低于原木片,且预水解后木片的发热量随着P因子的增加而增加。     

热水预处理过程中P因子对杨木半纤维素溶出效果的影响

制浆前对生物质原料进行热水预处理,可以有效地提取半纤维素,这对于生物质高值化利用具有重要意义。本实验研究了不同工艺条件下杨木热水预处理过程中半纤维素糖类组分的溶出规律以及酸溶木素、乙酸和醛类物质随预水解因子(P因子)的变化规律。结果表明,在热水预处理过程中,P因子较适宜的范围是685~1225,此范围内杨木中的半纤维素糖类能够较好地溶出,总木糖溶出率高达51.8%,预水解液中木糖、酸溶木素、乙酸、糠醛等含量与P因子的增加成正比,而低聚合度聚木糖(聚合度2~25)含量随P因子的增加先增加后降低。当P因子在717时,水解液中低聚合度聚木糖含量达最大值10.24 g/L,此P因子下原料中总木糖溶出率为44.2%,而且酸溶木素、乙酸、糠醛等非糖类物质含量较低,这有利于后续低聚合度聚木糖和木糖的分离提取生产功能性低聚木糖产品。     

水预水解提取半纤维素对桉木碱法制浆的影响

研究了150℃和160℃下4种反应时间桉木片热水预处理对半纤维素预提取及后续烧碱-蒽醌法和硫酸盐法制浆的影响.结果表明,热水预处理对半纤维素水解糖提取效果显著,戊聚糖提取率在27%～43%.与未预处理木片相比,预处理后木片综纤维素含量降低约12%,木素含量下降了11%,苯-醇抽出物和1%NaOH抽出物含量均大幅度上升.木片经热水预处理后,碱法制浆性能提高,易成浆,可降低用碱量,缩短蒸煮保温时间,而且与原木片碱法制浆相比,相近蒸煮条件下浆料卡伯值下降7～10个百分点,浆料己烯糖醛酸含量下降75%～95%,原浆白度升高4～6个百分点,黏度有小幅度降低,得率下降1.5～4.5个百分点.     

热水预水解对松木及其水解液主要化学成分的影响

研究了热水预水解对松木原料中主要碳水化合物的影响,探讨了阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖和甘露糖的溶出规律及热水预水解对水解液中各聚糖浓度变化的影响;并研究了170℃水解温度对松木原料的化学组成如聚戊糖、苯-醇抽出物、综纤维素、木素、灰分含量的影响。结果表明,预水解过程中,各种聚糖的溶出速度从快到慢依次是:阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、木糖和葡萄糖,水解过程只有部分半纤维素被降解,大量半纤维素还将依赖后续蒸煮和漂白过程予以除去;在180℃的水解温度下,水解液中各聚糖的浓度随水解时间快速下降,糠醛和羟甲基糠醛的浓度则迅速增加,不利于水解液发酵制备乙醇;随着水解时间的延长,松木聚戊糖、灰分含量逐渐减少;苯-醇抽出物含量逐渐增加;综纤维素含量先快速下降,90 min后基本保持不变;木素含量先减少后又略有增加。     

竹材热水预抽提对硫酸盐法制浆的影响

以绿竹为原料,采用不同热水预抽提时间以及蒸煮前将热水预抽提液与竹片分离的方法,通过对比KP法制浆黑液残碱含量以及KP浆的卡伯值、得率、黏度含量等探讨了对硫酸盐法制浆性能的影响。结果表明：热水预抽提可以提高竹片蒸煮脱木素效率,达到相同的脱木素程度（相同卡伯值20）可节省约52%的有效碱用量。在预抽提时间80 min时,浆料的最低卡伯值为7.03。另外,预抽提工艺有利于提高纸浆的黏度,同时纸浆的得率也产生了较大的下降。     

热水预抽提半纤维素工艺的研究进展

对制浆前热水预抽提半纤维素的工艺进行了综述。抽提液中的半纤维素经分离后可以用来生产乙醇或乙酸等化学品,抽提后的植物纤维原料仍用于制浆造纸。     

楠竹水预水解半纤维素溶出动力学的研究

以楠竹为原料,在液比1∶10、温度140～170℃、保温时间0～300 min范围内进行了水预水解半纤维素溶出动力学的研究,经数据拟合得到水解反应动力学参数。研究表明,楠竹在140～170℃内,半纤维素水解存在明显的快反应和慢反应,其反应的活化能分别为83.29 kJ/mol和138.79 kJ/mol;温度对水预水解影响很大,在水预水解过程中必须严格控制反应温度,以达到在短时间内去除半纤维素、减少纤维素降解的目的。     

对硫酸盐法制浆中碱抽提的探讨

为抽提出半纤维素并将其用作生物燃料,在硫酸盐法制浆前先对杨木木片进行了温和的碱处理。抽提在50～90℃下进行,不需要昂贵的加压反应装置,每吨木片可以回收40～50kg半纤维素,与常规蒸煮相比,抽提后的木片再经蒸煮也可以生产出等量的纸浆。预抽提需优化制浆工艺,从而缩短蒸煮时间,减少化学品用量。预抽提后的硫酸盐浆具有较高的纤维素／半纤维素比值,使抗张指数稍有下降（大约10％）,但可改进纸浆白度。此法虽然半纤维素得率低,但浆的性质和得率可保持在较高水平。回收的半纤维素比自动水解或稀酸处理后得到的糠醛更易浓缩和分离。     

碱法预提取玉米秆半纤维素及对后续制浆的影响

利用NaOH在较温和的温度条件下从玉米秆原料中预提取出了半纤维素,分析了提取液中糖类组分及含量,采用NaOH-AQ法对提取过半纤维素的玉米秆进行了制浆实验,考察了预提取对制浆以及黑液中SiO_2含量的影响.结果表明,玉米秆半纤维素的主要成分是木聚糖,在温度75℃,碱浓10%时,提取液中木糖总量占原料中木糖的91.8%.黑液中SiO_2含量的检测结果表明玉米秆中SiO_2含量较低,未经预提取原料NaOH-AQ蒸煮黑液中SiO_2含量为163 mg/L,经预提取之后,相同条件下蒸煮所得黑液中SiO_2含量均有不同程度的下降.在碱浓达到8%时,硅含量比未经预提取玉米秆的制浆黑液降低了79.8%.提取后原料的制浆结果表明半纤维素预提取可以显著提高纸浆的白度,降低纸浆卡伯值,但同时也会在一定程度上降低纸浆的得率和黏度.     

绿液预处理对硫酸盐法制浆的影响

用热水和硫酸盐蒸煮过程中的绿液对山毛榉木片进行预处理,然后对预处理木片进行硫酸盐法制浆。在160℃下调整预处理时间,使预处理过程的木材质量损失保持在10%。随绿液用量的增加,预处理后提取物中单糖总量降低,但木素和不溶固形物含量增加。与未预处理的对照样相比,绿液(用量为2%、3%和4%)预处理硫酸盐浆的得率与之相近,而制浆过程有效碱用量降低了1.0~3.5个百分点。在预处理或制浆过程中添加AQ会提高制浆得率,且预处理过程添加AQ的效果更明显。绿液预处理硫酸盐浆的黏度比对照样高;当绿液用量为2%、3%和4%时,预处理硫酸盐浆手抄片的抗张强度、耐破度和撕裂度与对照样成纸强度相近或偏高。就预处理和制浆效果而言,最佳绿液用量为2%或3%。     

自水解对速生杨木片碱浸渍性能影响的研究

探索了不同强度自水解预处理后速生杨木边材木片和心材木片的基本物理性质变化,并对自水解预处理后木片的碱液浸渍效果及各方向的浸渍情况进行了分析。结果表明,经自水解预处理后,边材木片和心材木片的基本密度减小,体积孔隙率及饱和含水率增大,而骨架密度几乎保持不变;自水解预处理后的木片在碱液预浸渍过程中,NaOH的吸收量和消耗量都随自水解强度的提高而增大;在对自水解预处理后边材木片各方向的碱液浸渍过程进行研究时发现,边材木片的轴向、径向和弦向的碱液浸渍性能在自水解预处理后都得到了不同程度的提升,且轴向的提升幅度较径向和弦向更加明显。综上所述,对速生杨木片进行自水解预处理能够增强其在后续碱液浸渍过程中的浸渍效果。     

三倍体毛白杨硫酸盐浆氧脱木素试验

通过正交试验,分析了三倍体毛白杨硫酸盐浆氧脱木素中主要因素对纸浆卡伯值、白度和粘度的影响大小的顺序,均为:用碱量 >温度 >氧压.并选定较适宜的氧脱木素工艺条件为:浆浓 10%,用碱量 3%,MgSO4 0.5%,氧压 0.6MPa,温度 100℃,时间 60min.     

P因子对桉木水预水解及后续KP法制浆的影响

利用水预水解法先提取桉木片中的半纤维素,然后对水解后的木片进行硫酸盐法蒸煮。探讨了P因子(预水解因子)与水预水解及后续KP法制浆结果之间的关系,研究了水预水解提取液中戊糖和糠醛等成分随P因子变化的特点,以及P因子与浆料得率、卡伯值、黏度及物理强度之间的关系,分析了P因子变化对提取液和黑液中糖类组分的影响。     

不同方法预提取玉米秆半纤维素及其对后续制浆漂白的影响

分别采用KOH和NaOH溶液在4种条件下对玉米秆中半纤维素进行了预提取,利用离子色谱检测了提取液中半纤维素的糖类组分及含量.剩余原料用NaOH-AQ法制浆并将浆料进行漂白.结果表明,碱法提取玉米秆半纤维素效果显著,在提取温度为75℃,提取时间为2 h,KOH提取液浓度为1.5 moL/L时,半纤维素提取率可达99%.碱法水解之前以55℃热水处理对半纤维素的溶出并无显著作用.在温度75℃、提取时间2 h时,相同OH-浓度的KOH溶液对半纤维素的提取率比NaOH溶液高20.5%.制浆漂白结果表明,预提取可使浆料卡伯值下降,显著提高未漂浆的白度,各提取条件下NaOH-AQ浆的得率无明显差别,均比未处理的NaOH-AQ浆得率下降10%左右.无论是未漂浆还是漂白浆,碱法预提取均可使浆料撕裂指数显著提高,但其他物理强度有所降低.     

绿液预处理杨木硫酸盐法蒸煮脱木素反应历程研究

采用碱回收绿液对杨木木片进行预处理,研究了预处理后硫酸盐法蒸煮过程中脱木素反应历程及NaOH的消耗过程。研究表明,采用绿液预处理后,杨木木片得率为73.1%,木素脱除率为32.54%。预处理后的蒸煮过程中,在初始脱木素段,木素脱除率为14.52%;在大量脱木素段,木素脱除率为42.62%;残余脱木素段,木素脱除率仅为3.41%。这3个阶段的木素脱除率比传统硫酸盐法分别降低了3.55、19.38和9.11个百分点。NaOH几乎全部消耗在蒸煮初期和大量脱木素段,这2个阶段NaOH分别消耗了57.71%和42.29%;Na2S质量浓度在蒸煮初期逐渐减小,蒸煮的中后期又逐渐增大。绿液预处理硫酸盐法蒸煮不仅能提高脱木素选择性,还能提高蒸煮后浆料得率（达到50.8%）,比传统硫酸盐法浆料得率（47.9%）提高2.9个百分点。