非木材造紙清潔生產(chǎn)新工藝

前言

　　由于我國森林資源匱乏，森林覆蓋率只有16.35 ％，使造紙業(yè)越來越重視非木材原料的利用。非木材原料能否成為人類可持續(xù)發(fā)展的造紙?jiān)希P(guān)鍵問題是如何減輕蒸煮黑液污染。從制漿過程的清潔生產(chǎn)來分析，對蒸煮黑液的有效處理，理應(yīng)采用堿回收技術(shù)。但非木材原料中的硅含量高，在堿法蒸煮過程中大量的硅轉(zhuǎn)化成硅的衍生物進(jìn)入黑液，使化學(xué)品的回收出現(xiàn)很多難以克服的問題。這導(dǎo)致對非木材黑液進(jìn)行堿回收的方法難以在我國全面施行。因此，開發(fā)非木材纖維原料新型制漿工藝，尋求低污染、低消耗、資源綜合利用程度高的制漿技術(shù)顯得十分必要。　　長期以來，東華理工大學(xué)黃國林教授一直從事化學(xué)工藝過程的改進(jìn)工作，并潛心制漿新技術(shù)的開發(fā)，在這一領(lǐng)域其學(xué)術(shù)造詣頗深。本書系統(tǒng)介紹了他提出的以氨水為主，添加少量苛性鉀堿對非木材（麥草、稻草、甘蔗渣）進(jìn)行蒸煮的新氨法蒸煮技術(shù)，該方法與傳統(tǒng)氨水制漿工藝相比，具有明顯的優(yōu)越性。少量鉀堿作為強(qiáng)堿不僅能減少氨量、縮短蒸煮時間，而且可為氨木質(zhì)素提供鉀源。蒸煮黑液經(jīng)回收氨后，在堿性條件下絮凝沉降，生成的絮凝沉降物經(jīng)化學(xué)改性，制備出含鉀這種農(nóng)作物營養(yǎng)元素的功能性肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；上層清液呈堿性，可補(bǔ)加NHOH-KOH后，作為工藝水循環(huán)重新用于蒸煮。這樣從根本上消除了非木材漿蒸煮黑液的污染問題，這是非木材紙漿生產(chǎn)的清潔工藝，具有重要的推廣價(jià)值?！　”緦Ｖ屈S國林教授多年研究工作的結(jié)晶，是一前沿性和實(shí)用性兼?zhèn)涞膬?yōu)秀成果，我相信本書的出版，為富有中國特色的非木材原料的綜合利用、有機(jī)質(zhì)返田和農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供可供借鑒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，也將有助于推動這一領(lǐng)域研究工作的深入開展。

內(nèi)容概要

本書介紹以氨水為主，添加少量苛性鉀堿對非木材（稻草、麥草、甘蔗渣）進(jìn)行蒸煮，少量鉀堿作為強(qiáng)堿不僅能減少氨量、縮短蒸煮時間，而且可為氨木質(zhì)素提供鉀源。鉀與鈉不同，它是農(nóng)作物的營養(yǎng)元素。氨通過精餾回收。蒸煮黑液經(jīng)回收氨后因含有農(nóng)作物生長所需的多種成分，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料資源加以綜合利用，使非木材漿生產(chǎn)實(shí)施清潔工藝。本書共分為七個章節(jié)，內(nèi)容主要包括非木材新氨法制漿工藝研究，稻、麥草NH4OH?KOH蒸煮反應(yīng)歷程和機(jī)理，稻、麥草NH4OH?KOH蒸煮動力學(xué)，蒸煮黑液中過量氨的回收，麥草及甘蔗渣NH4OH?KOH蒸煮黑液的處理，麥草NH4OH?KOH制漿清潔工藝等。     本書涉及制漿過程的清潔生產(chǎn)，可供制漿造紙、化工、環(huán)境污染治理等行業(yè)的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校及科研院所從事相關(guān)專業(yè)教學(xué)參考書。

作者簡介

　　黃國林，男，工學(xué)博士，教授。1963年10月出生于江西撫州。1985年本科畢業(yè)于華東化工學(xué)院無機(jī)化工專業(yè)，1988年碩士畢業(yè)于福建林學(xué)院林產(chǎn)化工專業(yè)，2003年博士畢業(yè)于華東理工大學(xué)似學(xué)工藝專業(yè)。2006年赴澳大利亞悉尼大學(xué)生物分子與化學(xué)工程學(xué)院作訪問學(xué)者一年。自1990年至今執(zhí)教于東華理工大學(xué)，從事教學(xué)和科研工作，現(xiàn)任東華理工太學(xué)化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院副院長。先后獲得德國“巴斯夫”優(yōu)秀博士研究生、江西省中青年學(xué)科帶頭人、江西省新世紀(jì)百千萬人才工程人選等榮譽(yù)稱號。兼任全國化工高等教育學(xué)會理事，《Bioresource Technology》、《Journal of cleaner production》及《化工學(xué)報(bào)》等國內(nèi)外期刊審稿人。　　多年來，圍繞非木材原料制漿過程的清潔生產(chǎn)，進(jìn)行了較為扎實(shí)的理論研究，取得了較大的突破，形成了具有一定影響力的綠色制漿技術(shù)研究方向?；谠撗芯款I(lǐng)域獲得的成果有：主持省級科研課題2項(xiàng)，通過省級鑒定的科研成果1項(xiàng)，申請國家實(shí)用專利1項(xiàng)。在國內(nèi)外期刊公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文20多篇，其中SCI收錄6篇，收錄12篇。

書籍目錄

第一章　概述 　1.1　非木材纖維原料制漿的特征 　1.2　非木材纖維原料蒸煮技術(shù)的研究進(jìn)展 　　1.2.1　傳統(tǒng)堿法的改進(jìn) 　　1.2.2　亞硫酸鹽法的改進(jìn) 　　1.2.3　溶劑制漿 　　1.2.4　生物制漿 　　1.2.5　高得率制漿 　參考文獻(xiàn) 第二章　非木材新氨法制漿工藝研究 　2.1　原料與實(shí)驗(yàn)方法 　　2.1.1　原料 　　2.1.2　原料、漿料及黑液的分析方法 　2.2　實(shí)驗(yàn)室制漿過程 　　2.2.1　預(yù)浸漬方法 　　2.2.2　蒸煮方法 　　2.2.3　蒸煮主要作用 　2.3　蒸煮工藝條件的確定 　　2.3.1　禾草 　　2.3.2　甘蔗渣 　2.4　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第三章　稻、麥草NH4OH?KOH蒸煮反應(yīng)歷程和機(jī)理 　3.1　前言 　　3.1.1　麥草蒸煮脫木質(zhì)素反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)的研究進(jìn)展 　　3.1.2　稻草蒸煮脫木質(zhì)素反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)的研究 　　3.1.3　甘蔗渣蒸煮脫木質(zhì)素反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)的研究 　　3.1.4　大麻等其他非木材原料蒸煮脫木質(zhì)素反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)的研究 　3.2　實(shí)驗(yàn)過程和方法 　　3.2.1　實(shí)驗(yàn)原料 　　3.2.2　蒸煮設(shè)備 　　3.2.3　蒸煮條件 　　3.2.4　分析方法 　3.3　蒸煮過程反應(yīng)歷程 　　3.3.1　蒸煮過程中木質(zhì)素和二氧化硅含量的變化 　　3.3.2　麥草蒸煮過程中碳水化合物和紙漿得率的變化 　　3.3.3　麥草蒸煮過程中苯醇抽提物和硬度（KMnO4值）的變化 　　3.3.4　稻、麥草蒸煮過程中有效堿和pH值的變化 　　3.3.5　紅外光譜分析 　3.4　稻、麥草蒸煮反應(yīng)歷程 　　3.4.1　木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元及化學(xué)反應(yīng)性能 　　3.4.2　蒸煮反應(yīng)歷程 　　3.4.3　木質(zhì)素的縮合 　3.5　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第四章　稻、麥草NH4OH?KOH蒸煮動力學(xué) 　4.1　實(shí)驗(yàn)方法 　　4.1.1　實(shí)驗(yàn)原料 　　4.1.2　蒸煮設(shè)備 　　4.1.3　蒸煮工藝條件 　4.2　蒸煮過程的步驟 　4.3　蒸煮過程脫木質(zhì)素動力學(xué) 　4.4　稻草蒸煮過程脫硅反應(yīng)動力學(xué) 　4.5　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第五章　蒸煮黑液中過量氨的回收 第六章　麥草及甘蔗渣NH4OH?KOH蒸煮黑液的處理 第七章　麥草NH4OH?KOH制漿清潔工藝

章節(jié)摘錄

　　造紙行業(yè)采用的植物纖維原料分為木材纖維原料與非木材纖維原料兩大類。用木材原料制漿造紙，因其成本低，質(zhì)量優(yōu)良，技術(shù)成熟，在世界范圍內(nèi)普遍使用。西方發(fā)達(dá)國家，造紙用的纖維原料909／6以上是木材。而大部分欠發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，非木材纖維原料制漿占了很大的比例。隨著木材資源問題給造紙行業(yè)造成的壓力加大，人們越來越重視非木材原料的開發(fā)利用。我國森林資源匱乏，森林覆蓋率只有16.3 5％，人均占有森林面積相當(dāng)于世界人均占有量的21.3 ％，計(jì)劃到2015年達(dá)到24.3 ％，現(xiàn)有林木不能作為制漿原料。再加上人口眾多，不得不以非木材為主要制漿造紙?jiān)稀：滩堇w維原料多為廢料，替代木材用來制漿，有利于生態(tài)平衡，并為廢料找到出路，用焚燒的辦法同樣污染環(huán)境。我國是農(nóng)業(yè)大國，草類原料來源豐富，如小麥年產(chǎn)在億噸以上，而用于制漿造紙的麥草大約僅15％，資源廣闊，發(fā)展?jié)摿艽?。我國?yīng)用“廢棄”的草類原料和甘蔗渣制漿造紙是世界上造紙技術(shù)的一大發(fā)明，也是我國獨(dú)具的特點(diǎn)。但伴隨著廉價(jià)物料和技術(shù)而來的是草漿黑液中硅和木質(zhì)素分離的困難，因而影響堿的回收和木質(zhì)素的利用，進(jìn)而造成對環(huán)境的嚴(yán)重污染?！　》悄静脑夏芊癯蔀槿祟惪沙掷m(xù)發(fā)展的造紙?jiān)希P(guān)鍵問題是如何減輕環(huán)境污染。非木材造紙的污染主要來源于制漿黑液。蒸煮黑液中，由于含有大量難于降解的有機(jī)物質(zhì)而使其處理困難。從制漿過程的清潔生產(chǎn)來分析，對非木材蒸煮黑液的有效處理，理應(yīng)采用堿回收技術(shù)。傳統(tǒng)制漿工藝堿回收過程十分復(fù)雜，投資巨大，增加操作費(fèi)用。由于甘蔗渣原料的天然缺陷，我國已建成的多數(shù)非木材堿回收系統(tǒng)絕大多數(shù)未能投入正常運(yùn)行，而且非木材漿廠多為中、小型企業(yè)，技術(shù)落后，資金短缺，難于一次性高投入進(jìn)行污染治理。所以，對甘蔗渣黑液進(jìn)行堿回收難于在我國全面施行。　　要想根除非木材黑液污染，一條十分有效的方法，就是發(fā)展制漿新技術(shù)，實(shí)施制漿過程清潔生產(chǎn)。作者對國內(nèi)外非木材蒸煮技術(shù)的改進(jìn)研究已有綜述，其中利用氨水制漿，因蒸煮黑液中含有農(nóng)作物生長所需的多種營養(yǎng)元素，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料資源，一直為人們所關(guān)注，但由于需要大量的氨水和很長的蒸煮時間，而未得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。

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