способ делигнификации целлюлозы

Формула изобретения

Способ делигнификации целлюлозы, включающий кислотную обработку, щелочную обработку и делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия, отличающийся тем, что щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин, делигнификацию пероксидом водорода ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч, а кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам отбелки целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ отбелки сульфатной лиственной целлюлозы, включающий обработку целлюлозы соляной кислотой и делигнификацию пероксидом водорода, при этом обработку соляной кислотой проводят при 70-95°С, концентрации массы 10-20%. Перед делигнификацией целлюлозу промывают. Делигнификацию пероксидом водорода осуществляют при 70-95°С, рН 9,5-10,5 с расходом 0,5-2,5% пероксида водорода; 1,0% гидроксида натрия; 3% силиката натрия от массы абсолютно сухой целлюлозы (патент РФ №1193192, кл. D21С 9/10, опубл. 23.11.85 г.).

Недостатком известного способа является проведение кислотной обработки при высокой температуре, что способствует деструкции целлюлозы и, следовательно, приводит к снижению механической прочности целлюлозы.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ отбелки лиственной сульфатной целлюлозы, включающий обработку исходной целлюлозы минеральной кислотой при 70-95°С, щелочную обработку на основе NaOH при его расходе 2-4% в ед. NaOH от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 1,1-2,0 ч, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия при расходе пероксида водорода 0,5-2,5%, гидроксида натрия 0,5-1,2% и силиката натрия 2-5% от массы абсолютно сухой целлюлозы. После каждой обработки проводится промывка целлюлозной массы (патент РФ №2019613, кл. D21С 9/16, 9/10, опубл. 15.09.94 г.). Данный способ принят за прототип.

Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются длительность процесса делигнификации (общая продолжительность 7,1-8 ч) при повышенной температуре (70-95°С), а также повышенный расход пара на нагрев массы, так как необходимо трижды нагревать массу до температуры 70-95°С.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - кислотная обработка, щелочная обработка, делигнификация пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия.

Задачей изобретения является повышение экономичности способа делигнификации целлюлозы при сохранении прежних результатов.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем кислотную обработку, щелочную обработку, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия, щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода (окислительное щелочение - ЩП) при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин, делигнификацию пероксидом водорода (Пд) ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч, а кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.

Признаки, отличительные от прототипа, - щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин; делигнификацию пероксидом водорода ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч; кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин. Отличительные признаки позволяют повысить экономичность способа делигнификации целлюлозы.

Установлено, что в результате пероксидной делигнификации происходит набухание внутренней стенки волокна, сопровождающееся увеличением удельной поверхности волокна, что способствует интенсивному переводу остаточного лигнина, низкомолекулярных фракций полисахаридов и экстрактивных веществ из целлюлозы в раствор.

Промежуточная кисловка массы способствует контракции (сжатию) волокна. При усадке волокна уменьшается диаметр капилляров и впитывающая способность, затягиваются микрополости, образовавшиеся в лигноуглеводной матрице при удалении лигнина и гемицеллюлоз. При этом происходит вытеснение из внутреннего капиллярного пространства остатков делигнифицирующего раствора и растворенных в нем веществ. В процессе последующей добелки пероксидом водорода в щелочной среде волокно вновь набухает. При этом происходит всасывание внутрь волокна свежих отбеливающих реагентов и вследствие этого процессы делигнификации и отбелки протекают более интенсивно за счет обновления реакционной поверхности и повышения концентрации реагирующих веществ.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Навеску целлюлозы массой 40 г абсолютно сухого волокна дезинтегрируют в воде, отжимают, помещают в фарфоровый стакан и приливают необходимое количество щелочи и пероксида водорода. Окислительное щелочение проводят при температуре 75°С в течение 30 мин и концентрации массы 8%. После завершения процесса целлюлозную массу промывают на воронке Бюхнера и проводят делигнификацию пероксидом водорода при его расходе 1,0-3,0%, расходе гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухого волокна в течение 2,0-2,5 ч при температуре 60-90°С. После делигнификации целлюлозу промывают на воронке Бюхнера. Далее проводят кислотную обработку массы соляной кислотой при расходе 1,0% в течение 30-60 мин при комнатной температуре.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 80-90 п.ед., белизной 62,0% и массовой долей смол и жиров 1,55% дезинтегрируют в воде, отжимают на воронке Бюхнера и помещают в фарфоровый стакан, который обогревается в термостате для поддержания постоянной температуры. Массу нагревают до температуры 75°С и приливают раствор, содержащий гидроксид натрия - 2,0%, пероксид водорода - 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Окислительное щелочение проводят в течение 30 мин при температуре 75°С.

После окислительного щелочения целлюлозу промывают водой на воронке Бюхнера и помещают в фарфоровый стакан, который обогревается в термостате. При достижении температуры 90°С в массу приливают раствор, состоящий из пероксида водорода в количестве 3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухого волокна. Обработку проводят в течение 2,5 ч. После обработки целлюлозу промывают водой и подвергают кислотной обработке соляной кислотой с ее расходом 1% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.

Примеры 2-11 осуществляют аналогично примеру 1.

Параметры операций способа, а также показатели качества целлюлозы после делигнификации приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены показатели целлюлозы после добелки пероксидом водорода в одну ступень (схема ЩП-Пд-К-П-К).

Из данных таблицы видно, что после делигнификации (ШП-Пд-К) белизна целлюлозы составляет 80,6-85,4%, показатели механической прочности находятся на достаточно высоком уровне. Последующая добелка целлюлозы пероксидом водорода в одну ступень позволяет достигнуть белизны 86,3-97,6% в зависимости от условий пероксидной делигнификации.

Условия добелки пероксидом водорода: расход перексида водорода 1,7%, расход гидроксида натрия - 0,75%, силиката натрия - 1,75%, трилона Б - 0,2% от массы абсолютно сухого волокна; температура 90°С; продолжительность 2,5 ч.

Преимущества предлагаемого способа делигнификации целлюлозы:

- создание на ранней стадии отбелки условий, обусловливающих более эффективную делигнификацию и отбелку целлюлозы на последующих ступенях отбелки за счет включение в схему отбелки предварительного окислительного щелочения в присутствии пероксида водорода;

- промежуточная обработка массы между ступенями пероксидной делигнификации и пероксидной отбелки кислотой способствует внутренним изменениям субструктуры волокон, усиливающим при последующей добелке целлюлозы пероксидом водорода эффект делигнификации и отбелки;

- мягкое окислительное воздействие пероксида водорода на целлюлозное волокна по сравнению с традиционными хлорсодержащими реагентами;

- повышение экологичности схемы отбелки;

- существенное снижение содержания в целлюлозе массовой доли смол и жиров, в результате чего решается проблема со смоляными затруднениями в бумажном производстве;

- снижение расхода пара на обогрев массы и уменьшение продолжительности делигнификации целлюлозы.

Это свидетельствует о повышенной экономичности предлагаемого способа делигнификации целлюлозы.

Таблица 1 Результаты отбелки целлюлозы
№ примера	Параметры ступени Пд			Показатели целлюлозы после делигнификации ЩП-Пд-К
	Температура, °С	Продолжительность, ч	Расход Н2О 2, % от массы абс. сух. целлюлозы	Белизна, %	Жесткость, п.ед.	Разрывная длина, м	Выход, % от небеленой целлюлозы
1	90	2,5	3,0	85,4	49	8200	95,0
2	90	2,5	1,0	84,6	53	8350	95,5
3	90	2,0	2,0	84,0	55	8250	95,4
4	75	2,0	3,0	82,7	57	8250	96,0
5	75	2,0	1,0	81,9	59	8300	96,3
6	75	2,5	2,0	83,3	54	8250	96,0
7	60	2,5	3,0	82,0	56	8150	96,5
8	60	2,5	1,0	81,2	56	8200	96,8
9	60	2,0	2,0	80,6	60	8150	96,9

Таблица 2
№ примера	Показатели целлюлозы после добелки в одну ступень (схема ЩП-Пд-К-П-К)
	Белизна, %	Жесткость, п.ед.	Разрывная длина, м	Выход, % от небеленой целлюлозы	Массовая доля смол и жиров, %
1	90,1	10	7850	93,5	0,53
2	89,5	15	8000	94,2	0,58
3	89,2	16	7950	94,0	0,60
4	88,1	28	7950	94,4	0,62
5	97,6	31	8000	94,7	0,62
6	88,7	26	7950	94,5	0,60
7	87,8	17	7800	95,1	0,60
8	86,9	16	7850	95,2	0,65
9	86,3	32	7800	95,3	0,65