【摘要】：我國(guó)稻草資源豐富，大部分被直接焚燒處理，已經(jīng)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。利用稻草纖維造紙是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源合理轉(zhuǎn)化的最佳方式。但稻草的灰分含量遠(yuǎn)高于木材，主要成分是二氧化硅，含量達(dá)10%以上，在燒堿法蒸煮制漿過(guò)程中，稻草中的二氧化硅在制漿黑液中以硅酸鈉的形式溶解于其中，對(duì)堿回收工藝產(chǎn)生干擾，易造成蒸發(fā)器及管道結(jié)垢，降低傳熱系數(shù)；燃燒時(shí)熔融物熔點(diǎn)升高；濃縮黑液中含硅組份硅酸鈣易沉積在石灰顆粒表面，影響苛化率。以上因素導(dǎo)致稻草制漿黑液的堿回收效率降低，成為稻草制漿工藝中的難以克服的技術(shù)難題。因此有效利用稻草制漿廢棄資源，并解決稻草制漿黑液污染環(huán)境的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)植物秸桿資源化利用具有重要的意義。 本論文針對(duì)目前稻草制漿存在的問(wèn)題，回收和利用了黑液中的硅酸鹽和木質(zhì)素，研究了預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)制漿性能的影響，開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究和工藝改進(jìn)： 1、以稻草制漿黑液為原料制備納米二氧化硅 以稻草制漿黑液中的硅酸鈉為硅源，以黑液中的木質(zhì)素作為形貌控制劑，工業(yè)廢氣中的二氧化碳作為沉淀劑，研究了木質(zhì)素濃度、pH值和反應(yīng)溫度等因素對(duì)二氧化硅粒徑的影響，合成出表面修飾木質(zhì)素的納米二氧化硅。 2、采用二級(jí)除硅法分離黑液中的硅 稻草制漿與木材制漿最大的不同是黑液中含硅量不同，如能將硅沉淀出，木材制漿企業(yè)就可以利用稻草制漿，擴(kuò)大原料來(lái)源，降低生產(chǎn)成本。本章采用將煙道氣和石灰除硅工藝相結(jié)合的方法連續(xù)除硅。一級(jí)除硅，利用模擬煙道氣中的CO2，將黑液中硅酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化硅水合物沉淀，當(dāng)pH值為9.0時(shí)，硅的去除率達(dá)到65.21%，此時(shí)木質(zhì)素共沉淀少，有利于木質(zhì)素保留在黑液中，在堿回收系統(tǒng)中燃燒獲得熱量；二級(jí)除硅，用石灰與硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀，除硅率達(dá)到83.51%。二級(jí)除硅法提高了除硅效率，降低黑液再堿化費(fèi)用，既回收利用了二氧化碳碳資源，又消除了硅干擾，使稻草制漿黑液可用于目前工業(yè)上的堿回收系統(tǒng)。 3、利用稻草制漿黑液制備木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料 利用稻草制漿黑液制備木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料，是變黑液污染物為有用產(chǎn)品的有效途徑。本章采用酸析法原位制備木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料，研究了反應(yīng)條件（包括反應(yīng)pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等）對(duì)木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料產(chǎn)量和組分含量的影響。最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)pH值為3，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為1h，此時(shí)得到的木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合物的產(chǎn)量最高，二氧化硅質(zhì)量百分含量為25.92%，粒徑分布較為均勻。 4、以木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料為前驅(qū)體制備活性炭 以稻草制漿黑液制備的木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料為前驅(qū)體，采用KOH為活化劑制備活性炭。研究了反應(yīng)條件(活化劑氫氧化鉀的用量、活化反應(yīng)的溫度、活化反應(yīng)時(shí)間)對(duì)活性炭性質(zhì)的影響。最佳的反應(yīng)條件為：浸漬比(KOH于復(fù)合物的質(zhì)量比)為3：1，活化溫度為750℃，活化時(shí)間為1h，此時(shí)制備的活性炭碘吸附值達(dá)到816.26mg/g，BET比表面積達(dá)到532.6m2/g。 5、預(yù)處理水解半纖維素 在傳統(tǒng)制漿過(guò)程中半纖維素與木質(zhì)素一起降解為黑液中的主要有機(jī)物，進(jìn)入堿回收系統(tǒng)中增加了體系的粘度，導(dǎo)致黑液脫水困難。在制漿前將半纖維素水解為木糖液，為深加工生產(chǎn)木糖、木糖醇或糠醛等高附加值產(chǎn)品提供原料，解決黑液脫水困難的問(wèn)題。本章研究了稻草水解的工藝條件，考察了高溫?zé)崴獍肜w維素的反應(yīng)條件及對(duì)燒堿-蒽醌法制漿漿料性能的影響。結(jié)果表明，預(yù)提取溫度和時(shí)間影響水解液中還原糖的含量和稻草得率。從得率和還原糖含量?jī)蓚�(gè)方面考慮，最佳的預(yù)處理?xiàng)l件為150℃，升溫1h，保溫1.5h，此時(shí)水解液中還原糖含量為4.65g/L。相同的蒸煮制漿條件（用堿量15%，升溫2h,固液比1：15，蒽醌用量0.09%），預(yù)處理后稻草漿料卡伯值較未預(yù)提取稻草高出2.56。預(yù)處理后，紙張的抗張指數(shù)明顯下降，撕裂指數(shù)增加。 本論文針對(duì)稻草制漿存在的問(wèn)題，利用黑液中的硅酸鈉制備納米二氧化硅；利用煙道氣和石灰二級(jí)除硅消除黑液的硅干擾；利用黑液制備木質(zhì)素/二氧化硅復(fù)合材料并制備了活性炭等研究工作，為稻草制漿廢棄資源充分利用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，開(kāi)發(fā)了造紙黑液變廢為寶的新途徑，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X793

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715569