楠竹溶解浆制浆工艺及其动力学的研究

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本论文以楠竹为原料,研究其水预水解和蒸煮动力学,并对其水预水解及硫酸盐法蒸煮工艺参数进行了优化研究,为竹纤维生产溶解浆提供理论依据和技术支持。楠竹平均纤维长度属于长纤维范畴,宽度适中,化学成分中硝酸乙醇纤维素和木素含量低于木材,且灰分、抽出物和聚戊糖含量都比木材原料高。采用楠竹生产溶解浆,降低其非纤维素成分,提高其α-纤维素含量是生产过程需要解决的关键问题。研究结果表明,楠竹水预水解过程中,其半纤维素溶出动力学规律遵循双向反应模型,水解温度是影响水解程度的主要因素。当水预水解温度为140℃、150℃、160℃、170℃时,其快反应速率常数kf,x19×10 3分别为.min-1、3.3×10 3min-1、5.6×10 3min-1、9.9×10 3min-1,慢反应速率常数为7.4×10 5min-1、1.0×10 4min-1、4.1×10 4min-1、1.0×10 3min-1。根据阿伦尼乌斯公式得到快反应和慢反应活化能分别为83.29 kJ·mol-1和138.79 kJ·mol-1。建立了水预水解后楠竹硫酸盐法蒸煮脱木素动力学模型。楠竹木素的脱除反应为二级反应,当蒸煮温度为100℃、120℃、140℃、160℃时,相应的反应速率常数k分别为6.0×10 5、2.6×10 4、5.2×10 4、6.9×10 4。根据阿伦尼乌斯公式得到水预水解楠竹硫酸盐法蒸煮的活化能为54.60 kJ·mol-1。楠竹水预水解硫酸盐法蒸煮工艺优化结果表明,水预水解阶段最优工艺条件为P因子1000;硫酸盐蒸煮阶段最优工艺条件为H因子1000、用碱量17%(Na2O)、硫化度20%。按此工艺条件所得的楠竹本色溶解浆的α-纤维素含量为94.55%、粘度1096ml·g-1、细浆得率33.59%、卡伯值10.76、聚戊糖含量4.81%。
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