【摘要】： 造紙術(shù)是我國(guó)古代四大發(fā)明之一,曾為人類文明進(jìn)步做出了卓著貢獻(xiàn)。目前,我國(guó)造紙工業(yè)的紙及紙板產(chǎn)量、總消費(fèi)量均居世界第二位。然而,造紙工業(yè)的發(fā)展帶來的造紙污泥的污染也越來越嚴(yán)重。本研究涉及利用造紙廠污泥制造纖維板技術(shù),這種技術(shù)解決了造紙行業(yè)產(chǎn)生的大量污泥的處理問題,使廢料得以再生利用,減少了環(huán)境污染,也為生產(chǎn)人造板開辟了廣泛的原料來源,具有保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約使用木材的雙重意義。通過研究了造紙污泥基礎(chǔ)性質(zhì)、脲醛樹脂膠(UF)和酚醛樹脂膠(PF)在造紙污泥纖維板上的應(yīng)用、木纖維和玻璃纖維增強(qiáng)造紙污泥纖維板研究、造紙污泥及纖維板的除臭初步研究,得到以下研究結(jié)果: 利用光學(xué)顯微鏡、電感耦合等離子直讀光譜儀、元素分析儀、同步熱分析儀、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜分析、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)等手段和技術(shù)研究了造紙污泥基礎(chǔ)性質(zhì)有: (1)測(cè)得濕污泥含水率為72.70%;有機(jī)物含量為49.85%;pH值為6.6;干污泥纖維含量為34.09%;大部分(約77%)纖維的長(zhǎng)度在0.20 mm以下;測(cè)試了污泥灰分中銅離子等重金屬離子含量;濕污泥C、H、N、S元素分別為9.93%、1.44%、0.35%、0.39%。 (2)研究了濕污泥、熱干燥污泥、冷凍干燥污泥的同步熱分析,發(fā)現(xiàn)造紙污泥的熱解可以粗略分為水分析出、有機(jī)物析出、礦物質(zhì)分解和殘留灰分4個(gè)階段,但這4個(gè)階段也不是截然分開的。 (3)掃描電鏡濕觀察污泥和干污泥中細(xì)菌及其形態(tài),主要桿狀菌和球狀菌,烘干污泥中存有細(xì)菌尸體。紅外光譜分析污泥中可能存在的基團(tuán),并推測(cè)可能存在的物質(zhì),主要存在-OH等基團(tuán),可能含有高嶺土等物質(zhì)。 (4)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)分析,濕污泥與干污泥乙酸乙脂提取物的化學(xué)組成及含量,濕污泥中主要有正十六烷酸和十八烷酸,干污泥中主要有正十六烷酸、2-甲氧基-N-[2-[1-(4-溴苯)-5-四唑基]乙烯基]-苯胺。 正交實(shí)驗(yàn)法研究脲醛樹脂膠(UF)和酚醛樹脂膠(PF)在純污泥纖維板應(yīng)用: (1)脲醛樹脂膠應(yīng)用于10～20目粉污泥纖維板,MOR、MOE、IB、IBb、TS的平均值分別為:6.53 MPa、1.40 GPa、2.21 MPa、1.10 MPa、5.61%。工藝參數(shù)對(duì)材料MOR和MOE影響順序從大到小依次為:密度、施膠量、溫度和時(shí)間;工藝參數(shù)對(duì)材料MOR和MOE均有非常顯著影響,但時(shí)間對(duì)MOE僅在а=0.1水平下顯著。工藝參數(shù)對(duì)材料IB影響順序從大到小依次為:密度、施膠量、溫度和時(shí)間。各個(gè)因素對(duì)材料IB影響均非常顯著。工藝參數(shù)對(duì)材料IBb影響順序從大到小依次為:密度、溫度、施膠量和時(shí)間。除時(shí)間外,工藝參數(shù)對(duì)材料IBb影響均非常顯著。工藝參數(shù)對(duì)材料TS影響順序從大到小依次為:密度、溫度、施膠量和時(shí)間。密度、溫度、施膠量對(duì)材料TS影響均非常顯著;時(shí)間材料TS影響顯著。各指標(biāo)的多元線性回歸方程決定系數(shù)均大于0.80,說明擬合得非常好;顯著性水平均為0.01說明因子水平取值合理。 (2)脲醛樹脂膠應(yīng)用于不分級(jí)粉污泥纖維板,MOR、MOE、IB、IBb、TS的平均值分別為:8.21 MPa、1.57 GPa、2.25 MPa、1.14 MPa、5.54%。工藝參數(shù)對(duì)材料MOR、MOE和TS影響順序從大到小依次為:密度、施膠量、溫度和時(shí)間。工藝參數(shù)對(duì)材料IB和IBb影響順序從大到小依次為:密度、溫度、施膠量和時(shí)間。密度、施膠量和溫度對(duì)材料各指標(biāo)影響非常顯著,但時(shí)間幾乎沒有影響。MOR、MOE、IBb的多元線性回歸方程決定系數(shù)均大于0.80,說明擬和得很好;而IB和TS擬和效果不佳,但顯著性水平均為0.01。 (3)酚醛樹脂膠應(yīng)用于分級(jí)粉污泥纖維板,MOR、MOE、IBb、TS的平均值分別為:6.53 MPa、1.40 GPa、1.10 MPa、、5.61%。工藝參數(shù)對(duì)材料MOR、MOE和IBb影響順序從大到小依次為:施膠量、粒度、溫度和時(shí)間。施膠量、粒度對(duì)材料MOR影響非常顯著,但溫度和時(shí)間影響很小。施膠量、粒度和溫度對(duì)材料MOE和IBb影響非常顯著,但時(shí)間影響很小。對(duì)材料TS影響順序從大到小依次為:施膠量、粒度、時(shí)間和溫度。施膠量對(duì)材料TS影響非常顯著,粒度影響顯著,但時(shí)間和溫度影響很小。MOR回歸方程擬和得很好;其他的較差,但顯著性水平均為0.01。 (4)利用同步熱分析(TG-DSC)研究發(fā)現(xiàn),脲醛樹脂膠與干污泥熱反應(yīng)不明顯,酚醛樹脂膠與干污泥熱反應(yīng)相對(duì)明顯。 使用木纖維、玻璃纖維布、玻璃纖維絲增強(qiáng)污泥纖維板研究: (1)使用木材纖維增強(qiáng)污泥纖維板研究,發(fā)現(xiàn)木材纖維置于污泥纖維板上下表面的效果好于木材纖維混和加入污泥纖維板。工藝參數(shù)對(duì)材料各項(xiàng)性能影響顯著,回歸方程擬和良好。木纖維量增加,材料的各項(xiàng)性能增加,在分層條件下木纖維達(dá)到50%及以上條件下,各項(xiàng)力學(xué)性能才達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 (2)使用玻璃纖維布增強(qiáng)污泥纖維板研究,發(fā)現(xiàn)隨著偶聯(lián)劑的加入各項(xiàng)性能均有所提高,但超過1.0%,增加不明顯。偶聯(lián)劑加入大于1.0%,各項(xiàng)力學(xué)性能才達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。工藝參數(shù)對(duì)材料各項(xiàng)性能影響顯著,回歸方程擬和不佳。 (3)使用玻璃纖維絲增強(qiáng)污泥纖維板研究,發(fā)現(xiàn)隨著偶聯(lián)劑的加入量增加,玻璃纖維長(zhǎng)度的增加,材料各項(xiàng)性能均有所提高。纖維長(zhǎng)度達(dá)到4 cm,偶聯(lián)劑施膠量達(dá)到1.0%及以上時(shí)候,材料各項(xiàng)力學(xué)性能才達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。所有工藝參數(shù)對(duì)材料性能影響均為非常顯著,回歸方程擬和良好。 玻璃纖維增強(qiáng)污泥纖維板復(fù)合機(jī)理研究,紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)劑改善玻璃纖維表面極性,使得玻璃纖維與酚醛樹脂膠接近產(chǎn)生共價(jià)連接。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)劑能增加玻璃纖維表面粗糙度,由于酚醛樹脂對(duì)玻璃纖維表面是潤(rùn)濕的,因此進(jìn)一步改善了玻璃纖維表面的潤(rùn)濕性,有利于膠合。 造紙污泥及污泥纖維板脫臭初步研究: (1)使用《空氣質(zhì)量氨的測(cè)定次氯酸鈉-水楊酸分光光度法》,研究污泥中氨氣釋放規(guī)律,處理劑影響。烘干后污泥比未烘干的釋放氨氣更多。處理劑效果從大到小依次為: NaClO、KMnO4、H2O2、CuSO4。 (2)使用《水質(zhì)硫化物的測(cè)定碘量法》,對(duì)本研究硫化氫釋放量的測(cè)試效果不佳。使用《居住區(qū)大氣中硫化氫衛(wèi)生檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法亞甲藍(lán)分光光度法》研究污泥中硫化氫釋放規(guī)律,處理劑影響。烘干后污泥比未烘干的釋放硫化氫更多。處理劑效果從大到小依次為: CuSO4、NaClO、KMnO4、H2O2。 (3)利用活性炭吸附法研究污泥纖維板的失重,在18周內(nèi)是不斷失重;失重速度前3周較為明顯,后面的減少較為平穩(wěn),總的來說一直都在減少,但18周內(nèi)一直沒有到零。從放置的第3周開始,臭味明顯減少,但有一種發(fā)酸的味道,從第5周開始,酸味也少,污泥纖維板的氣味降低,保持到18周。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

圖 2-2 濕造紙污泥 TG-DSC 曲線Fig.2-2 Curve of TG-DSC for wet paper sludge從圖 2-2 可以看出，造紙污泥的熱解可以粗略分為 4 個(gè)階段，這 4 個(gè)階段也不是截然分開的：（1）水分析出階段：溫度范圍大約為室溫～200 ℃，污泥損失質(zhì)量 61.81％，主要是由于污泥中約占 72％的水分的蒸發(fā)，因此這階段表現(xiàn)為樣品的吸熱，吸熱量為 1267J/g。（2）有機(jī)物質(zhì)析出階段：溫度范圍大約為 200～450 ℃，污泥損失質(zhì)量 9.88％，主要是由于濕污泥中約占 15％的有機(jī)物的分解，因此這階段表現(xiàn)為樣品的放熱，放熱量為 2881.7 J/g。（3）礦物質(zhì)的分解階段：溫度范圍大約為 450～850 ℃，污泥損失質(zhì)量 61.81％，

36圖 2-3 熱干燥造紙污泥 TG-DSC 曲線Fig.2-3 Curve of TG-DSC for heat dry paper sludge從圖 2-3 可以看出，造紙污泥的熱解可以粗略分為 4 個(gè)階段：（1）水分析出階段：溫度范圍大約為室溫～250 ℃，污泥損失質(zhì)量 9.61％，主要是由于污泥中殘留水分和操作過程中重新吸收水分的蒸發(fā)，因此這階段開始表現(xiàn)為樣品的吸熱，然后，是有機(jī)物分解的放熱。（2）有機(jī)物質(zhì)析出階段：溫度范圍大約為 250～700 ℃，污泥損失質(zhì)量 40.73％，

主要是由于干污泥中約占 49.85％的有機(jī)物的分解，因此這階段表現(xiàn)為樣品的放熱。（3）礦物質(zhì)的分解階段：溫度范圍大約為 700～850 ℃，污泥損失質(zhì)量 9. 18％，主要是由于濕污泥中部分礦機(jī)物的分解，因此這階段表現(xiàn)為樣品的急劇吸熱。（4）殘留灰分階段：溫度范圍大約為 850～1000 ℃，這一階段污泥中主要的是無機(jī)灰分，因此質(zhì)量穩(wěn)定，最終污泥殘余質(zhì)量為 40.55％。2.8.4 冷凍干燥污泥同步熱分析為了減少熱干燥過程中污泥有機(jī)物的分解和揮發(fā)。取少量污泥在烘箱真空冷凍干燥機(jī)，超過 7 h 后，不關(guān)機(jī)，污泥隨用隨取。取干污泥 4.76 mg 置于同步熱分析儀，測(cè)試溫度為室溫（約 10 ℃）～1000 ℃；升溫速度 20 ℃/min，保護(hù)氣為氮?dú)�。TG-DSC 曲線見圖 2-4。

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本文編號(hào)：2802216