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作者：谢章红大连工业大学

学位级别：硕士

在造纸行业中,用废纸造纸可大幅度降低排放负荷,节约原料,是循环经济的具体典范。随着高速、大型、智能等现代造纸技术的发展,废纸造纸对功能助剂的依赖性越来越高。然而,随着不可再生资源的短缺和环境的要求,传统的化石基造纸功能助剂... 详细信息

在造纸行业中,用废纸造纸可大幅度降低排放负荷,节约原料,是循环经济的具体典范。随着高速、大型、智能等现代造纸技术的发展,废纸造纸对功能助剂的依赖性越来越高。然而,随着不可再生资源的短缺和环境的要求,传统的化石基造纸功能助剂越来越难以适应,新型的生物基造纸功能助剂及多元复配生物基助留助滤体系成为现代造纸技术发展的必然需求和研究热点,这对解决造纸生产系统中的助剂资源可再生和可降解等方面的问题具有重要意义。本课题是国家科技支撑计划课题(2013BAC01B03)—“生物质基废纸再生环保助剂的研制及应用”内容的一部分。根据项目的宗旨及对市售生物基助留助滤剂的系统探讨表明,阳离子瓜尔胶(CGG)是一种优良的生物基造纸助留助滤剂,适合进一步研究。因此,本论文以瓜尔胶为基材,采用有机溶剂法对其阳离子化工艺进行优化,通过单独或复配应用于废纸造纸湿部系统,研发适用于废纸造纸湿部系统的环保型助留助滤体系,并在较优的合成工艺下对CGG进行放大实验生产,为其工业化提供理论依据。本文以瓜尔胶原粉为底物,乙醇为分散介质,探讨了有机溶剂法制备CGG的影响因素。以取代度、Zeta电位、反应效率等指标对其进行表征,优化出CGG的最佳合成工艺:碱用量2%,乙醇浓度70%,液比1:3,反应时间2h,反应温度60℃,醚化剂与瓜尔胶摩尔比1.0。在此条件下可获得取代度0.39的CGG。对其结构进行红外谱图分析,证实了醚化反应的发生。将合成后的CGG应用于废纸浆湿部体系,结果表明:CGG取代度越高,对废纸浆的助留助滤效果越好。超声波助溶能有效改善CGG的使用性能。当取代度0.392的CGG用量为0.5%时,浆料体系Zeta电位为-6.8m V,固形物留着率和填料留着率达到最大,分别为95.7%、87.3%。较空白样分别提高了14.1个百分点和68.5个百分点,打浆度下降18oSR。与传统的PA(聚胺)、PAC(聚合氯化铝)比较显示:低分子质量的壳聚糖季铵盐(HACC)较传统的PA、PAC而言,是一种有效的生物基阴离子垃圾捕集剂(ATC),对阴离子垃圾捕集效果明显,当用量为0.1%时,能有效去除废纸脱墨浆中70%以上的阴离子垃圾,且纤维表面Zeta电位变化较小。此外,HACC因其独特的多羟基、胺基结构及对纤维的直接性,能有效固着残余油墨和细小组分于纤维表面,减少湿部沉积物。而较高分子质量的2#HACC较1#HACC更适合用作ATC,与PA、PAC等相比,能有效地降低阴离子垃圾对成纸物理性能和造纸机运行性能的负面影响。HACC的加入能够改善废纸浆湿部体系的化学环境,与CGG组成的二元体系,在总用量相同的条件下,较CGG单元体系对浆料Zeta电位和细小组分留着率贡献更大,证实了阳离子助留剂加入之前,加入ATC的必要性。CGG与低分子量HACC及阴离子微粒如Si O2、大豆蛋白、膨润土组成微粒助留助滤体系的研究显示:CGG与膨润土微粒组成的微粒助留助滤体系较其它微粒体系助留助滤效果理想,当0.1%HACC+0.3%CGG+1.0%膨润土配合使用时,细小组分留着率高达68.9%,打浆度下降24.50SR。Si O2微粒体系对助留作用贡献有限,但能有效改善浆料的滤水性能,未改性的大豆分离蛋白,使用效果不佳。市售高取代度阳离子淀粉(HCS)取代度越高,对浆料体系Zeta电位贡献越大,助留效果越好;选取市售取代度(DS)为0.14的HCS与阴离子微粒配合使用表明,HCS用量与微粒用量的大小,均是影响细小组分留着率的重要因素,随其用量的增加,助留效果增加;HCS与膨润土配合使用的效果优于HCS-Si O2体系,当0.1%HACC+0.8%HCS+1.2%膨润土配合使用时,细小组分留着率高达72%,打浆度下降20.50SR。对CGG和HCS复配的膨润土微粒体系研究发现:0.1%HACC+0.1%CGG+0.6%HCS+1.2%膨润土或0.1%HACC+0.2%CGG+0.4%HCS+1.2%膨润土,两种不同的配比,细小组分留着率相当,为71.5%,打浆度分别为24.50SR、220SR(空白为46.50SR)。可见达到相同的细小组分留着率,HCS的加入能够降低CGG的用量,CGG用量的增加能够改善纸页的滤水性能。此外,最优的CGG、HCS、CGG+HCS微粒体系与华泰纸业现有助留助滤体系(细小组分留着率为72.6%,打浆度为230SR)相比,生物质基复配微粒体系能与其相媲美。在较优的湿法合成工艺条件下,对CGG的制备进行放大实验表明:扩大50倍合成的CGG与小实验相比,放大实验的产品取代度较小实验略高,Zeta电位相当,说明实验室获得的合成工艺具有很好的再现性,可行性较高。

关键词：瓜尔胶废纸造纸湿部体系助留助滤

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自催化乙醇法制浆:实现生物质精炼的有效途径

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中国造纸学报 2013年第4期28卷 51-56页

作者：谢章红周景辉大连工业大学轻工与化学工程学院辽宁大连116034

针对自催化乙醇法制浆的技术特点,介绍了自催化乙醇法制浆所得浆料及各种副产物如木素、糠醛、醋酸、碳水化合物的性能。以Repap公司的大量中试研究结果为基础,概述了废液中各种组分的分离方法、主要应用及其后续的研究重点与发展方向。

关键词：自催化乙醇法制浆生物质精炼木素醋酸糠醛

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低分子质量HACC在废纸造纸中的应用研究

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中国造纸 2014年第11期33卷 16-21页

作者：谢章红周景辉大连工业大学辽宁省制浆造纸重点实验室辽宁大连116034

本文主要探讨了低分子质量壳聚糖季铵盐(HACC)在废纸脱墨浆中用作阴离子垃圾捕集剂(ATC)的湿部化学效应,并与聚胺(PA)、聚合氯化铝(PAC)等传统ATC进行比较,通过纤维表面Zeta电位、阳离子需求量、残余油墨含量、留着率及成纸性能的变化... 详细信息

本文主要探讨了低分子质量壳聚糖季铵盐(HACC)在废纸脱墨浆中用作阴离子垃圾捕集剂(ATC)的湿部化学效应,并与聚胺(PA)、聚合氯化铝(PAC)等传统ATC进行比较,通过纤维表面Zeta电位、阳离子需求量、残余油墨含量、留着率及成纸性能的变化对其进行表征,以开发新型的ATC,有效缓解造纸机运行性能和成纸物理性能与阴离子垃圾之间的矛盾。结果表明,HACC是一种有效的ATC,对阴离子垃圾捕集效果较好,当用量为0.10%时,能有效去除废纸脱墨浆中70%以上的阴离子垃圾,且纤维表面Zeta电位变化较小。此外,因其独特的多羟基、胺基结构及对纤维的直接性,能有效固着残余油墨和细小组分于纤维表面,减少湿部沉积物。而较高分子质量的2# HACC较1# HACC更适合用作ATC,与PA、PAC等相比,能有效地降低阴离子垃圾对成纸物理性能和造纸机运行性能的负面影响。

关键词： HACC Zeta电位阳离子需求量残余油墨留着率

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木素超临界流体解聚及反应机制研究进展

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大连工业大学学报 2013年第6期32卷 426-431页

作者：周景辉谢章红王兴郑来久大连工业大学辽宁省制浆造纸工程实验室辽宁大连116034 大连工业大学辽宁省清洁化纺织重点实验室辽宁大连116034

综述了木素用不同超临界流体,在不同的反应时间、温度、压力、催化剂等条件下的解聚进程、产物分析及反应机制的研究进展,并简要讨论了超临界流体解聚技术面临的问题和发展方向。超临界流体技术因其高扩散性、低黏度性、高溶解能力等特... 详细信息

综述了木素用不同超临界流体,在不同的反应时间、温度、压力、催化剂等条件下的解聚进程、产物分析及反应机制的研究进展,并简要讨论了超临界流体解聚技术面临的问题和发展方向。超临界流体技术因其高扩散性、低黏度性、高溶解能力等特殊性质在解聚木素方面具有良好的优势与前景。与传统解聚技术相比,超临界流体解聚技术能够得到较高品质的液体产物、产生较少的气体和焦炭副产物,且具有操作条件区域范围宽、易调控,介质环保、无毒,产物较易分离和后加工处理等诸多优势,是一种具有广阔前景的木素解聚处理方法。

关键词：超临界流体木素液化解聚

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3种木质纤维原料热水抽出物抗氧化性的研究

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中国造纸学报 2024年第3期39卷 63-70页

作者：焦婷朱北平郭文亮焦健韩善明房桂干谢章红中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心国家林业和草原局林产化学工程重点实验室林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心江苏南京210042 南京林业大学江苏南京210037 大唐南京环保科技有限责任公司江苏南京211100 宜宾纸业股份有限公司四川宜宾644109 四川省竹子制浆造纸工程技术研究中心四川宜宾644109 山东华泰纸业集团山东东营257335

本研究对青皮竹、桉木和杨木3种木质纤维原料进行热水抽提处理(95℃,1 h,浆浓5%),比较了不同热水抽出物的抗氧化性差异,通过紫外可见分光光度计、凝胶渗透色谱仪、热解-气相色谱/质谱联用仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析设备和方法,研... 详细信息

本研究对青皮竹、桉木和杨木3种木质纤维原料进行热水抽提处理(95℃,1 h,浆浓5%),比较了不同热水抽出物的抗氧化性差异,通过紫外可见分光光度计、凝胶渗透色谱仪、热解-气相色谱/质谱联用仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析设备和方法,研究了不同木质纤维原料热水抽出物的抗氧化性及化学结构差异。结果表明,桉木热水抽出物的抗氧化性最强(半抑制浓度为51.80 mg/L),优于商业抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(半抑制浓度为87.99 mg/L);不同木质纤维原料热水抽出物的抗氧化性与其酚羟基含量和共轭结构相关;热水抽出物的主要组分为木质素、多糖等有机大分子合成反应过程的中间产物。

关键词：木质纤维热水抽出物抗氧化性酚羟基

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蒸汽爆破预处理的硫酸盐法制浆与生物质精炼的整合

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国际造纸 2013年第6期32卷 4-11页

作者：谢章红周景辉

为了评估蒸汽爆破预处理在蓝桉硫酸盐法制浆中的效果,将蒸汽爆破预处理木片和未预处理木片分别进行了硫酸盐法蒸煮。在纸浆黏度无显著变化的前提下,蒸汽爆破后的木片成浆卡伯值降低达70%;与未预处理木片制浆相比,在获得相近的脱木素程度... 详细信息

为了评估蒸汽爆破预处理在蓝桉硫酸盐法制浆中的效果,将蒸汽爆破预处理木片和未预处理木片分别进行了硫酸盐法蒸煮。在纸浆黏度无显著变化的前提下,蒸汽爆破后的木片成浆卡伯值降低达70%;与未预处理木片制浆相比,在获得相近的脱木素程度下,利用蒸汽爆破预处理木片进行蒸煮能缩短60%的蒸煮时间,提高生产能力和生产率,而且,还可以将预处理时回收的大部分半纤维素转换为具有更高附加值的产品。尽管用蒸汽爆破预处理木片成浆强度较低,但其光学性能却有明显改善,尤其对于桉木浆。

关键词：硫酸盐法制浆蒸汽爆破预处理生物质整合精炼硫酸盐法蒸煮蒸煮时间

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竹炭掺杂铋系光催化剂的制备及其对有机污染物的降解研究

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中国造纸 2024年第7期43卷 191-198页

作者：朱亚玮房桂干盘爱享尹航谢章红沈葵忠田庆文中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏南京210042 南京林业大学江苏南京210037 山东华泰纸业股份有限公司&山东黄三角产业技术研究院有限公司山东东营257335 广西大学轻工与食品工程学院广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室广西南宁530004 宜宾纸业股份有限公司四川省竹浆造纸工程技术研究中心四川宜宾644007

本研究以竹浆备料废弃物为原料,通过磷酸活化法制得竹炭,再利用水热法制备了竹炭/BiOCl复合催化剂,并探究了竹炭添加量和水热温度对复合催化剂光催化性能的影响。结果表明,竹炭保留了竹子本身的孔道结构,改变竹炭的添加量可实现对竹炭/B... 详细信息

本研究以竹浆备料废弃物为原料,通过磷酸活化法制得竹炭,再利用水热法制备了竹炭/BiOCl复合催化剂,并探究了竹炭添加量和水热温度对复合催化剂光催化性能的影响。结果表明,竹炭保留了竹子本身的孔道结构,改变竹炭的添加量可实现对竹炭/BiOCl复合催化剂形貌的调控,为吸附污染物提供了良好的条件。竹炭和BiOCl之间发生的强相互作用,显著改善了BiOCl的吸附-光催化性能和氧空位含量,提高了光生电子传输效率,从而优化了复合催化剂的光催化降解效果。在水热温度140℃和竹炭添加量5%的条件下所制复合催化剂5BC-140,其可见光催化性能最佳,对罗丹明B的去除率在30 min内即可达86.5%,一阶动力学常数k为BiOCl的4.2倍,且具有优异的稳定性和可循环性能。

关键词：竹材废弃物竹炭光催化 BiOCl 高值化利用

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过氧化氢漂白过程中慈竹机械浆发色基团演变及溶出机制

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林业工程学报 2024年第3期9卷 77-87页

作者：焦健朱北平韩善明梁芳敏苏晨房桂干谢章红沈葵忠中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心国家林业和草原局林产化学工程重点实验室林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心南京210042 山东华泰纸业集团东营257335 宜宾纸业股份有限公司宜宾644109 四川省竹子制浆造纸工程技术研究中心宜宾644109

在常规工艺下难以制备高白度(>78%)竹材化学机械浆是制约竹类资源在高附加值纸产品领域规模化应用的关键技术瓶颈。使用乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系可以突破当前慈竹机械浆漂白上限,将纸浆白度提升至80%以上。以慈竹机械浆为原... 详细信息

在常规工艺下难以制备高白度(>78%)竹材化学机械浆是制约竹类资源在高附加值纸产品领域规模化应用的关键技术瓶颈。使用乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系可以突破当前慈竹机械浆漂白上限,将纸浆白度提升至80%以上。以慈竹机械浆为原料,对比研究了常规过氧化氢用量(90 kg/t)水相体系两段漂工艺、高过氧化氢用量(180 kg/t)水相四段漂工艺和高过氧化氢用量(180 kg/t)乙醇-水二元介质相四段漂工艺中各段处理所得纸浆的发色基团结构特点,以及3种工艺漂白段溶出物的结构特点,以此探索二元体系漂白过程中发色基团形成和溶出规律。结果表明,在漂白过程中,慈竹机械浆中的苯环类共轭结构含量逐渐降低,但在化学品用量较大的漂白段会生成在水相体系无法被破坏和溶出的呋喃类共轭结构。在漂白体系中引入乙醇,可以显著提高呋喃类共轭结构的溶出效率,同时发现浆料中溶出的部分苯环结构发生了开环反应,推测碱性条件下乙醇电离的微量乙氧根离子对呋喃类共轭结构的脱除具有关键性作用。慈竹机械浆发色基团演变及溶出机制可为开发经济上可行的竹类机械浆漂白工艺提供理论基础。

关键词：慈竹机械浆漂白发色基团溶出机制演变机制

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推行竹浆纸一体化实现竹子造纸持续发展

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中国造纸 2023年第8期42卷 55-60页

作者：刘一山张俊苗房桂干吴挺谢章红王科许要锋四川工商职业技术学院中国轻工业竹材纤维印刷包装材料研发及质量评价重点实验室四川都江堰611830 中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏南京210042 宜宾纸业股份有限公司四川宜宾644100 四川省竹子制浆造纸工程技术研究中心四川宜宾644100 郑州运达造纸设备有限公司河南郑州451162

本文分析了我国竹子制浆造纸的发展现状,提出了推行竹浆纸一体化发展的必要性,并给出了竹浆纸一体化发展的建议。实施竹浆纸一体化是一项综合工程,政府职能部门应因地制宜科学合理进行产业布局,制订相关政策、协调各方关系;企业应树立... 详细信息

本文分析了我国竹子制浆造纸的发展现状,提出了推行竹浆纸一体化发展的必要性,并给出了竹浆纸一体化发展的建议。实施竹浆纸一体化是一项综合工程,政府职能部门应因地制宜科学合理进行产业布局,制订相关政策、协调各方关系;企业应树立竹浆纸一体化发展意识,开展机制体制创新,多方合作构建多元模式的竹浆纸一体化项目;金融机构和科研院所也应积极行动起来,为竹浆纸一体化发展开展精准有效的服务。

关键词：竹子制浆造纸竹浆纸一体化

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竹材机械浆顽固发色基团结构解析及其脱除机理初探

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中国造纸学报 2023年第4期38卷 1-9页

作者：焦健朱北平韩善明梁芳敏苏晨房桂干谢章红沈葵忠中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心国家林业和草原局林产化学工程重点实验室林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心江苏南京210042 宜宾纸业股份有限公司四川宜宾644109 四川省竹子制浆造纸工程技术研究中心四川宜宾644109 山东华泰纸业集团山东东营257335

竹类原料木质素含量较高、细胞壁较厚、纹孔少且小、不利于药液渗透等原因使得常规条件下竹材机械浆无法制备高白度纸浆。本研究使用一种温和快速的新型漂白系统——乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系处理慈竹机械浆(TMP),利用木质... 详细信息

竹类原料木质素含量较高、细胞壁较厚、纹孔少且小、不利于药液渗透等原因使得常规条件下竹材机械浆无法制备高白度纸浆。本研究使用一种温和快速的新型漂白系统——乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系处理慈竹机械浆(TMP),利用木质素在乙醇中良好的溶解性以及碱性条件下乙氧根离子较强的亲核进攻能力,改善药液渗透效果,破坏并溶出慈竹TMP中的顽固发色基团,突破了当前慈竹TMP的漂白上限,将纸浆白度提升至80%ISO以上。本研究对比研究了在相同过氧化氢用量下,常规水相体系与乙醇-水二元介质体系所得慈竹TMP顽固发色基团的结构特点,发现慈竹TMP中的顽固发色基团结构分别为:呋喃类共轭结构、环戊烯酮类共轭结构和木质素结构中的S’、G’、I、FA和pCA五种共轭连接结构。通过分析两种体系漂白终段溶出物结构特征的差异,推测碱性条件下乙醇电离的微量乙氧根离子对顽固发色基团的脱除具有关键性作用。本研究可为开发经济高效和绿色可持续的新型竹类TMP漂白方法提供理论依据和数据支持。

关键词：慈竹机械浆漂白顽固发色基团脱除机理

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