文献综述
1引言
1.1麦草制浆现状
造纸行业一直是我国一大重要发展领域,随着我国社会经济的发展,造纸行业也不断发展壮大,目前我国每年的纸和纸板总生产量已遥遥领先于其他国家,是当前国内经济的一大重要支柱。但是我国是贫林国家,森林覆盖率较低,木材资源严重匮乏,近年来随着我国固废进口禁令的实施以及国内包装用纸需求量的增加,造纸工业面临着原料短缺的状况严重制约着我国造纸业的发展【1,2】。因此,找到合适的造纸原料来进行替代,以维持造纸行业的发展运行成为了当务之急,而我国是传统的农业大国【3】,麦草等非木材纤维资源丰富,储量大,周期短,价格低,在我国北方储量巨大,但是大多被就地遗弃或者焚烧,造成了严重的环境污染问题,若能将麦草作为制浆原料,既能够缓解我国造纸业原料短缺的现状又能够有效地解决环境污染问题。
然而,麦草作为最传统的造纸原料, 一直存在着许多弊端,其生产周期短,杂细胞含量较高,灰分含量高,若以传统的化学法制浆,纸浆得率较低,滤水困难,蒸煮废液对环境污染较为严重,黒液碱回收困难;因此,探索出一种高得率、高强度、低污染的机械制浆方法对造纸行业的发展有着重大意义。
2国内外研究概况
麦草原本是最古老的造纸传统原料,曾在造纸行业历史上占有重要地位,后来由于经济和技术上的种种原因,在木材资源丰富的国家逐渐被木材所替代【4】。但是现在森林资源不断减少,森林覆盖率不断降低,木材的价格不断攀升,人们又开始关注麦草等非木材资源的合理利用。在国外,印度、印尼、韩国、埃及等国家均大力建造以麦草为原料的工厂,不断研发麦草制浆新技术;在国内,最初由于化学法麦草制浆的高污染问题 ,草类制浆不断受到国家环保政策的限制,造纸工业中草浆占比不断下降,农作物秸秆失去制浆造纸这一重要利用途径,只能任其就地腐烂或者露天焚烧,不但造成了农作物秸秆纤维资源的大量浪费,还造成了严重的环境和大气污染问题。近年来随着木材资源的匮乏以及进口固废的限制,我国开始更加重视非木材资源的合理使用。
2.1国内研究概况
随着麦草资源的越发突出,麦草制浆的研究在国内愈发得到重视,目前,主要有以下几种研究方向:
- 继续采用化学制浆的方法,减轻麦草制浆过程中的黑液污染,探索出环境友
好型的麦草制浆工艺;
东华理工大学的苏玉团队采用蒸煮剂替代技术,以氨水为主,添加少量苛性钾 碱和蒽醌对麦草进行蒸煮,少量钾碱作为强碱不仅能减少氨量、 缩短蒸煮时间,而且可为氨木素提供钾源。钾与钠不同,它是农作物生长的营养元素。蒸煮黑液经回收氨后,在碱性条件下絮凝、沉降,生成的絮凝沉降物经化学改性,制备功能性肥料用于农业 生产;上层清液呈碱性,可补加蒸煮液后,作为工艺水循环重新用于蒸煮。这样从根本上消除麦草浆蒸煮黑液的污染问题,使麦草浆生产实施清洁工艺【5】。
- 不再使用化学制浆的方法,采用化学机械浆的方法处理麦草原料,需要探索
合理、高效、清洁的预处理方法。
与化学法制浆相比,化学机械法制浆是一种更加清洁高效的现代制浆技术。化学机械法制浆是在传统的机械浆基础上逐渐发展起来的,在机械磨浆前先对原料进行化学预处理,以提高纸浆的强度,降低磨浆能耗等,获得更好的制浆效果[6,7]。
在机械磨浆前进行化学预处理的方法有很多,常用的有热水预处理、碱预处理、碱性过氧化氢预处理、亚硫酸盐加蒽醌预处理、氨法预处理等。热水预处理是一种简单、清洁的预处理方法,在蒸汽的浸润下,麦草中的纤维得到软化,减少了磨浆过程中的纤维损伤[8]。然而热水预处理的效果相对较弱,得到的纸浆物理强度仍然较低,碱预处理可以达到更好的预处理效果,纸浆物理强度更高,但是纸浆得率较低[9]。
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