刘秋娟，硕士，天津轻工业学院副教授，主要研究方向为清洁制浆和造纸工业环境保护。提键要:对麦草两段氧碱蒸煮和氧碱浆的次氯酸盐漂白进行了初步研究，并测定了氧碱蒸煮废液的CODCr。结果表明，麦草两段氧碱蒸煮纸浆经酸处理后白度可达到65%ISO以上，经次氯酸盐漂白－酸处理后，白度达到74%ISO，并且具有良好的机械性能；与Soda－AQ蒸煮相比，两段氧碱蒸煮可降低废液CODCr约40%。关键词:两段氧碱蒸煮；麦草；次氯酸盐漂白；废液；CODcr氧碱氧碱蒸煮具有得率高、废液污染负荷低、废液中无含硫化合物类污染物等优点[1]。研究得出，麦草采用NaOH预处理O2/NaOH两段蒸煮方法进行蒸煮，所得纸浆的得率比Soda-AQ浆高、硬度低、白度高，易于漂白，适于全无氯（TCF）漂白[2，3，4，5]。为了进一步改善麦草氧碱蒸煮的成浆质量，降低废液的污染负荷，本文进行了麦草两段氧碱蒸煮试验，即在两段蒸煮过程中均通氧，探讨了两段氧碱蒸煮工艺条件，测定了氧碱蒸煮废液的COD。根据我国目前大部分纸厂采用次氯酸盐漂白的实际情况，对麦草两段氧碱蒸煮纸浆和NaOH预处理O2/NaOH两段蒸煮纸浆的次氯酸盐漂白进行了试验。　1 试验原料和方法1.1原原料氧碱试验原料为麦草，取自山东泉林纸业集团，为该厂制浆备料工段合格草片。1.2原试验方法1.2.1原氧碱蒸煮氧碱蒸煮设备为3L和15L电热回转蒸煮锅。料片经洗涤后装锅，加入碱液后先空转15min，再通氧、加热升温。蒸煮终点放锅后，将浆料洗涤、打散和筛选。1.2.2原漂白氧碱纸浆的次氯酸盐漂白在塑料袋中进行，用恒温水浴加热。1.2.3原纸浆性能分析氧碱纸浆粘度、卡伯值以及物理性能的测定均按国家标准方法进行，白度测定用YQ-Z-48A型白度颜色测定仪。1.2.4原黑液CODcr的测定氧碱用快速法测定黑液的CODcr（10min测定法）。　2 试验结果与讨论2.1原两段氧碱蒸煮试验氧碱为了改善氧脱木素的选择性和提高脱木素率，并减少碳水化合物的降解，采用两段氧脱木素技术。对于麦草氧碱蒸煮，若两段均通氧，其结果又如何呢？为此，在对麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮研究的基础上，进一步对麦草两段均通氧的两段氧碱蒸煮进行了试验，结果见表1。氧碱编号OO-1、OO－2和OO－5为两段均通氧的两段氧碱蒸煮，NO-1为仅第二段通氧的两段蒸煮。由表1数据看出，OO－1的用碱量和氧压较OO－2低，其成浆的粘度较高，为811mL/g，但浆的白度也稍低。OO-5的氧压最高，但用碱量最低，总用碱量只有12%，成浆的卡伯值和筛渣率都很高，白度仅46.9%ISO。与单段通氧的两段蒸煮NO-1相比，两段均通氧的氧碱蒸煮OO-2的成浆白度并没有多大改善。分析上述结果，可以看出，用碱量是影响氧碱蒸煮纸浆白度的重要因素。这是因为氧是一种相对弱的脱木素剂，只有在碱对木素的作用下，碱将木素的酚羟基和烯醇基转变成具有活性的酚盐和烯酮盐之后，氧与木素的反应才能加快。OO-2第一段蒸煮后的残碱比NO－1的残碱低，第二段蒸煮成浆后，OO-2与表1麦麦草两段氧碱蒸煮试验结果　编  号OO-1OO-2OO-5NO-1第一段蒸煮NaOH %液比氧气压力 MPa最高温度 ℃升温时间 min保温时间 min残余有效碱 g/L81∶60.611045600.3791∶60.89535600.38　7.21∶61.09543600.38　7.21∶61.09543600.38第二段蒸煮NaOH %液比氧气压力 MPa最高温度 ℃升温时间 min保温时间 min残余有效碱 g/L81∶60.712040900.50　　91∶60.812540900.29　4.81∶60.913050900.41　　91∶60.8120601200.22细浆得率 %筛渣率 %卡伯值白度 %ISO粘度 mL/g46.51.114.757.981144.30.914.062.074547.85.122.046.978246.40.513.460.5741NO-1的粘度基本相同，可见，在用碱量较低的情况下，第一段通氧与否对两段蒸煮纸浆粘度的影响不大。2.2原两段用碱量分配比对氧碱蒸煮的影响氧碱在以前的麦草NaOH预处理-O2/NaOH两段蒸煮研究中，对两段蒸煮的总用碱量已进行过探讨〔6〕，本文对用碱量在两段蒸煮间的分配比对蒸煮效果的影响进行了研究。将总用碱量固定为18%，改变两段用碱量的分配比进行蒸煮，其它蒸煮条件固定为：第一段：液比1∶6.5，氧压0.9MPa，最高温度100℃，升温时间40min，保温时间30min；第二段：液比1∶6（对原料），氧压0.8MPa，最高温度125℃，保温时间90min。氧碱分析试验结果，从纸浆硬度、白度、粘度及得率几个方面综合考虑，认为两段氧碱蒸煮用碱量适宜的分配比为第一段用碱量∶第二段用碱量=50～60∶50～40。2.3原两段氧碱蒸煮的强化氧碱为了进一步提高纸浆的白度，我们采用第二段氧碱蒸煮过程中添加H2O2、助剂和提高蒸煮温度等措施对两段氧碱蒸煮进行了强化。试验结果如表2。氧碱P0未加任何助剂，P1加入了H2O2和＃21助剂，其中＃21助剂为我们筛选的H2O2漂白助剂的一种。P0的白度为61.9%，P2的白度为65.2%，加入了1.0%的H2O2和0.3%的＃21助剂，浆的白度仅提高了3.3%ISO，没有H2O2漂白的效果显著。这可能是由于麦草原料中的金属离子导致大量H2O2分解的缘故。以前的试验结果表明，麦草氧碱浆H2O2漂白时，漂前酸处理除去金属离子非常重要〔4〕。从试验结果还可看出，＃21助剂对氧碱蒸煮的作用效果并不显著。表2第第二段蒸煮的强化试验结果编号P0P1P2H2O2 %#21助剂 %MgSO4·7H2O %Na5P3O10 %残余有效碱 g/L细浆得率 %卡伯值白度 %ISO粘度 mL----046.910.961.9721.00.30.50.50.1146.810.865.2745-0.3-0.5045.711.262.8729注注：其它蒸煮条件：第一段：NaOH9%，液比1∶6.5，氧压0.9MPa，最高温度100℃，升温时间40min，保温时间40min；第二段∶NaOH9%，液比1∶6（对原料），氧压0.8MPa，最高温度130℃，保温时间90min。2.4原氧碱浆的酸处理氧碱将P0、P1、P2三个浆样在浆浓5%时加硫酸调节pH至3.5，室温下处理约20min。经过酸处理后，浆的白度提高了2%～3%ISO，P1和P2的白度分别为68.7%ISO、65.6%ISO,达到了B等中小学教科书用纸的白度标准(65%ISO)。从表2数据看出，P1和P2的粘度较高，说明浆的机械强度较好，故强化蒸煮所得的氧碱浆，无需漂白，通过简单的酸处理后即可用来抄造B等中小学教科书用纸。2.5原氧碱浆的次氯酸盐漂白氧碱目前，国内大多数造纸厂仍以次氯酸盐作为漂白剂，采用CEH三段漂、HH两段漂或者H单段漂白，因此，我们在对氧碱浆进行了TCF全无氯漂白研究之后，本文又对氧碱浆进行次氯酸盐漂白试验。漂白所用浆样为实验室里自制的麦草NaOH预处理-O2/NaOH两段蒸煮纸浆B1和两段均通氧的两段氧碱蒸煮纸浆B2，其蒸煮条件及本色浆的质量如表3所示。氧碱浆白度高、硬度低，因此，我们在较低的用氯量范围内寻找氧碱浆的适宜用氯量，漂白浆浓为6%和10%，固定漂白温度38℃、时间120min，试验结表33漂白用浆蒸煮条件及结果编号B1B2第一段蒸煮NaOH %液比氧气压力 MPa最高温度 ℃保温时间 min91∶5-1006010.21∶6.50.910060第二段蒸煮NaOH %液比氧气压力 MPa最高温度 ℃保温时间 min残余有效碱 g/L　91∶60.8120900.507.21∶60.8125900.29细浆得率 %卡伯值白度 %ISO粘度 mL/g46.814.056.5748.310.860.9714果见图1、2和表4。氧2.5.1原麦草NaOH-O2/NaOH蒸煮浆B1的漂白 氧碱图1和图2分别为单段通氧的麦草NaOH-O2/NaOH蒸煮浆B1的次氯酸盐漂白试验结果，有效氯用量由1%增加到3%时，漂白浆的白度随着用氯量的增大而升高；用氯量继续增加，白度几乎不再提高，而浆的粘度始终是随着用氯量的增大而降低，说明碳水化合物的氧化降解随着用氯量的增加而增大。对于B1表4漂B2不同用氯量漂白结果编号B2-1B2-2B2-3用氯量 %残氯 g/L白度 %ISO粘度 mL/g1.0微量68.66771.50.0470.16612.00.0970.3638浆，无论是低浓还是中浓漂白，用氯量以2%～3%为宜。2.5.2原两段氧碱蒸煮纸浆B2的漂白氧碱表4为B2在浆浓10%、温度38℃、时间120min漂白条件下，改变用氯量所得漂白结果。分析表中数据可以得出，两段氧碱蒸煮次氯酸盐漂白的用氯量以1.5%为宜。氧碱从上述单段通氧的B1和两段通氧的B2结果看出，麦草氧碱浆采用次氯酸盐漂白，其用氯量比Soda-AQ浆次氯酸盐漂白大大降低，这样AOX发生量也可大幅度减少。从上述结果还可看出，氧碱浆次氯酸盐漂白的白度增值并不太大，这意味着浆中的某些用氧碱难以破坏的发色基团用次氯酸盐也难以破坏。2.6原漂白浆酸后处理氧碱氧碱浆先用次氯酸盐漂白，然后再用硫酸处理，以进一步提高浆的白度。酸处理条件为：硫酸用量为3%，浆浓5%，温度为室温（约25℃），时间40min，酸处理结果见表5。氧碱浆经单段次氯酸盐漂白后，再经酸处理，白度可达74%ISO以上。2.7原漂白浆的物理性能表5漂漂白浆的酸后处理编号S1S2S3S4未漂浆编号漂白用氯量 %酸处量后浆白度 %ISO酸处理后浆粘度 mL/gB11.569.0742B12.074.7719B21.574.0674B22.075.7655注注：其它次氯酸盐漂白条件为浆浓10%、温度38℃、时间120min。氧碱经次氯酸盐漂白并用硫酸处理的氧碱浆在纸页成形器上抄成纸页，并测定其物理性能，结果列入表6。从表中数据可看出，氧碱浆经次氯酸盐漂白－酸处理后，纸浆具有良好的白度和机械强度。2.8原氧碱蒸煮废液的COD氧碱经测定，常规Soda－AQ法的黑液CODcr为1420kg/t浆，麦草NaOH预处理O2/NaOH两段蒸煮B1黑液CODcr为1090kg/t浆，两段均通氧的两段氧碱蒸煮B2黑液CODcr为849kg/t浆。可见，氧碱蒸煮大大降低了蒸煮废液的CODcr，与常规Soda－AQ法相比，B1的CODcr降低23%，B2降低40%。这是由于氧碱蒸煮将蒸煮过程中从原料溶出的木素等物质进一步氧化〔1〕，部分木素由芳香族化合物转变成为脂肪族化合物和CO2，因此，降低了废液中的COD。表6果漂白麦草浆物理性能编 号PB1PB2未漂浆编号漂白浆粘度 mL/g漂白浆白度 %ISO打浆度 °SR裂断长 km撕裂指数 mN·m2/g耐破指数 kPa·m2/gB172772.531.05.833.603.26B266275.933.55.703.873.23注注漂白条件：用氯量2%，浆浓10%，38℃，120min。酸处理条件：H2SO4用量3％，浆浓5%，室温，40min。　3 结论论氧碱两段氧碱蒸煮用碱量的分配以第一段用碱量占总用碱量的50%～60%为宜。氧碱两段蒸煮氧碱浆通过简单的酸处理后可用来抄造B等中小学教科书用纸。氧碱次氯酸盐漂白适宜的有效氯用量：对麦草NaOH预处理-O2/NaOH两段蒸煮浆，为2%～3%；对两段氧碱蒸煮浆，为1.5%～2.0%。与常规烧碱法浆的漂白相比，氧碱浆漂白的用氯量大大降低，从而可减少AOX的发生量。氧碱氧碱浆经次氯酸盐漂白－酸处理后浆的白度可达74%ISO以上，并且具有良好的机械强度。氧碱两段氧碱蒸煮可降低蒸煮废液的COD。参考文献[1]陈嘉翔.高效清洁制浆漂白新技术.北京：中国轻工业出版社，1996：124～131[2]刘秋娟.麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮及其无氯漂白，第一部分—我国麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮的验证].中华纸业，2000，（7）: 49～50[3] 刘秋娟.麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮及其无氯漂白，第二部分—过氧化氢漂白.中华纸业，2000，（8）:48～49[4]刘秋娟等.麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮及其无氯漂白，第三部分—过氧化氢漂前酸预处理.中华纸业，2000，（10）: 46～47[5]刘秋娟等.麦草NaOH-O2/NaOH两段蒸煮及其无氯漂白，第四部分—添加助剂的过氧化氢漂白.纸和造纸，2000，（1）:42[6]刘秋娟.麦草NaOH-NaOH/O2两段蒸煮及其过氧化氢漂白.北方造纸，1996，（4）：4～7Two-stage alkaline-oxygen cooking of wheat straw and hypochloritebleaching of alkaline-oxygen pulpsLIU Qiu-juan, TAN Hong-zhi, WANG Ming-yu, SHAO Juan, CHEN Bo(Tianjin Institute of Light Industry, Tianjin 300222, China)LI Yu-hua(Qingdao Haiwang Paper Group, Jiaonan 266400, China)Abstract: Two-stage alkaline-oxygen cooking of wheat straw and hypochlorite bleaching of alkaline-oxygen pulp is investigated and the CODCr of the alkaline-oxygen cooking black liquor is measured. The results show that the brightness of the two-stage alkaline-oxygen cooked pulp can reach 65% ISO and more after being processed with acid and the brightness can reach 75% ISO after being hypochlorite bleached. The bleached alkaline-oxygen pulps have good strength properties. Compared with soda-AQ cooking, the CODCr of the black liquor of alkaline can be lowered by 40%.Key words: two-stage alkaline-oxygen cooking; wheat straw; hypochlorite bleaching; black liquor; CODcr