检测纸浆铁含量新方法与酸洗去除未漂麦草浆中铁离子的研究

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麦草浆仍是我国制浆造纸主要的非木材原料之一,然而其较高的过渡金属离子含量给生产过程及产品质量带来了诸多问题,制约了其应用的深度和广度。与麦草浆中其它主要的过渡金属离子(如Cu2+和Mn2+)相比,铁离子含量最高且最难以去除,是危害性最大的过渡金属离子。因此,准确测定纸浆中的铁离子含量、分析酸洗去除铁离子的主要控制因素和最佳工艺条件,对优化制浆造纸工艺、改善产品质量和提高麦草浆使用量,具有重要的指导意义。基于上述情况,本论文开发了一种用于测定纸浆中铁离子含量的方法,即用酸水解法预处理样品和三波长可见光谱法检测铁含量。这种方法采用3mol/L的硫酸溶液来分散纸浆(浆料浓度可视过渡金属离子含量的多少适当调整),然后将其装入密封的容器内在120℃下处理5个小时;冷却后加入1,10-菲罗啉显色,并检测样品在416nm、510nm和700nm波长处的吸光度,通过三波长光谱法来计算样品中的铁含量。结果表明:该预处理方法可克服麦草浆灰分法中硅化合物的干扰,且三波长光谱法能有效扣除酸水解样品生成的羟甲基糠醛、酸溶木素等产物以及基线漂移对测定结果的影响。该方法与ICP-OES法测定的相对误差小于5%,操作简单、测定结果准确性和精密性高。开发了测定酸洗液中亚铁离子和三价铁离子含量的可见分光光度法。研究结果表明,对于pH大于3.2的酸洗液需先进行酸化,且测试液的pH应控制在2.13.0之间;酸洗液中其他金属离子(如Fe3+、Cu2+和Mn2+)和酸溶木素等物质不会对测试结果造成干扰。本方法测量总铁和亚铁的回收率均达到(1003)%,能准确测定酸洗液中亚铁离子和三价铁离子的含量,为研究不同价态铁离子的去除规律及优化酸洗工艺提供一项重要的研究数据。结合铁的氢氧化物的溶度积常数、H+的反应活化能以及离子的传质扩散等原理,研究常规酸洗工艺条件对麦草浆中铁离子去除情况的影响。结果表明:酸洗时H+的反应活化能为37.06kJ/mol,酸洗效果主要受H+和铁离子传质扩散作用的影响;提高酸洗温度对铁离子的去除有促进作用,常规酸洗温度以90℃为宜;实际生产中体系pH应控制在3.2以下,以确保Fe(OH)3溶解而去除;酸洗时间以40min为宜;在相同加酸量时,增大纸浆浓度可提高铁离子的去除率。分析了酸洗对未漂硫酸盐麦草浆中己烯糖醛酸含量的影响,建立了酸洗过程中HexA含量变化的经验模型。该模型对本实验结果的预测值与实验值具有较高的匹配性(R2=0.92),其体现的规律对分析同类原料酸洗去除HexA的效果具有较大的参考价值。探讨了酸洗对纸浆和酸洗液的理化性质(HexA含量、卡伯值、白度,甲醇、草酸根和碳酸根的含量)与纸浆中铁离子含量间关系的影响。研究还发现酸洗过程会产生还原性物质,可将三价铁离子还原成亚铁离子,因此随着酸洗时间的增加,酸洗液中亚铁离子和三价铁离子的比例不断增大。
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