Die Papierindustrie ist eine Rohstoffindustrie mit den Eigenschaften einer Kreislaufwirtschaft. Sie kann nicht nur die Entwicklung von vorgelagerten Industrien wie Forstwirtschaft, chemische Industrie, Maschinenbau und Logistik vorantreiben, sondern auch die Entwicklung von nachgelagerten Industrien wie Verpackung, Verlagswesen, kulturelle Kommunikation sowie medizinische Versorgung und Gesundheitswesen fördern. Allerdings entstehen beim Bleichprozess von Zellstoff große Mengen an mittelstark verschmutztem Abwasser, das schwer abbaubare Inhaltsstoffe wie Zellulose und Harzsäuren enthält. Gleichzeitig befinden sich organische Halogenide, Dioxine und undere Karzinogene im Abwasser nach dem Bleichen, was zu erheblicher Umweltverschmutzung führt. Angesichts der weltweit immer strengeren Umweltschutzauflagen ist chlorfreies Bleichen weltweit zum Trend geworden. Unter den chlorfreien Bleichverfahren bietet die Ozonbleiche die Vorteile eines kurzen Prozesses, einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit, niedriger Bleichkosten und einer geringen Abwassermenge.

Prinzip der Ozonbleiche

Ozon, das durch elektrische Entladungen aus Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre entsteht, ist ein Spurengas in der Erdatmosphäre. Bei Raumtemperatur hat Ozon eine hellblaue Farbe und einen besonderen Geruch. Das Einatmen einer übermäßigen Menge Ozon ist gesundheitsschädlich. Kurze Expositionen gegenüber hohen Ozonkonzentrationen können Symptome wie Husten und Atembeschwerden verursachen. Ozon ist jedoch ein starkes Oxidationsmittel. Es kann mit aromatischen Verbindungen wie Lignin und Phenol sowie mit heterocyclischen Verbindungen und Proteinen reagieren. Daher wird Ozon aufgrund seiner oxidierenden, sterilisierenden, desodorierenden und entfärbenden Eigenschaften in der chemischen Industrie, Papierherstellung, Pharmazie, Lebensmittelkonservierung, Abwasserbehundlung und underen Bereichen eingesetzt. Für weitere Details zu Ozon verweisen wir Sie gerne auf unseren vorherigen Blogbeitrag: Eine Einführung in Ozon.

Beim Bleichen von Zellstoff kann Ozon, unabhängig davon, ob es sich um eine phenolische oder nicht-phenolische Ligninstruktur hundelt, den Bruch der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung im Benzolring verursachen, um einen kontinuierlichen Abbau zu erreichen. Ozon kann auch die Olefinbindungen und Etherbindungen an der Seitenkette aufbrechen, um den oxidativen Abbau von Lignin zu realisieren und somit den Zweck des Bleichens zu erreichen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Ozonbleiche die Festigkeit des Zellstoffs gewährleisten. Die Wirkung von Ozon auf die Faser ist gleichmäßig. Es beeinträchtigt weder die Integrität der Faser noch führt es zur Vernetzung oder zum Kräuseln der Faser.

Einflussfaktoren der Ozonbleiche

Bei der Anwendung der Ozonbleiche beeinflussen Ozonkonzentration, Stoffdichte, pH-Wert, Bleichtemperatur, Bleichzeit, Additive und undere Faktoren den Bleicheffekt.

Die Stoffdichte für die Ozonbleiche kann in niedrig, mittel und hoch unterteilt werden, was 3 %, 10-15 % bzw. 30-50 % entspricht. Bei niedriger Ozonkonzentration ist die Oberfläche der Zellstofffasern mit einem Wasserfilm bedeckt, was die Diffusion von Ozonmolekülen in die Fasern beeinträchtigt. Ein unzureichender Kontakt zwischen Ozon und Zellstoffmaterial führt zu einer Verringerung der Bleichwirkung. Bei hoher Ozonkonzentration kann sich Ozon vollständig mit dem Zellstoff verbinden, was die Bleicheffizienz von Ozon auf den Zellstoff und den Weißgrad der endgültigen Zellstoffprodukte verbessert.

Da die Ozonbleiche in einem sauren Medium durchgeführt werden muss, ist es notwendig, der Pulpe vor der Ozonbleiche Schwefelsäure, Sulfit und undere anorganische Säuren oder organische Säuren zuzusetzen, um sie vorzubehundeln. Der optimale pH-Wert der Pulpe liegt bei 2-3. Die saure Umgebung kann die Viskosität der Pulpe schützen und die Produktion schädlicher freier Radikale während der Ozonbleiche hemmen, wodurch die Qualität der Pulpe verbessert wird.

Aufgrund der aktiven chemischen Eigenschaften und der starken Oxidation von Ozon beschleunigen hohe Temperaturen die Zersetzung von Ozon. Dies verringert die Effizienz des oxidativen Abbaus von Lignin durch Ozon. Die Ozonbleichwirkung ist bei niedrigen Temperaturen (0-10℃) besser. Daher ist die Ozonbleiche besser für den Einsatz bei niedrigen oder normalen Temperaturen geeignet.

Die Reaktionszeit der Ozonbleiche ist sehr kurz. Bei vollständigem Kontakt mit der Pulpe kann die Wirkung der Ozonbleiche bereits nach 5-10 Minuten voll zum Tragen kommen. Dies kann die Ausnutzung von Ozon erhöhen. Darüber hinaus führt eine zu lange Bleichzeit auch zu einer Abnahme der Viskosität der Pulpe.

Um die Selektivität der Bleiche zu verbessern und die Viskosität des Zellstoffs nicht zu verringern, werden organische Verbindungen wie Essigsäure, Oxalsäure, Methanol und Dimethylformamid üblicherweise als Additive für die chemischen Reaktionen hinzugefügt. Die Zugabe dieser Additive ist vorteilhaft, um den Abbau von Kohlenhydraten zu reduzieren, was die Weiße des Zellstoffs nach dem Bleichprozess deutlich verbessert.

Eigenschaften der Ozonbleiche

Die Verwendung von Ozon zeigt, dass diese Technik für das Bleichen von Pulpen geeignet ist, die verschiedene Arten von Sulfaten enthalten. Darüber hinaus ist die Ozonbleiche im Vergleich zu herkömmlichen Bleichverfahren aufgrund der niedrigen Temperatur und der kurzen Reaktionszeit besser geeignet. Zusammenfassend lassen sich die Eigenschaften der Ozonbleiche wie folgt zusammenfassen:

1. Die Verwendung der Ozonbleichmethode kann etwa 1/3 des Wassers für die Bleiche im Vergleich zu traditionellen Zellstoffbleichmethoden einsparen. Da weniger Wasser zum Bleichen verwendet wird, entsteht auch weniger Abwasser.
2. Die Ozonbleiche ist eine chlorfreie Bleichmethode. Diese Methode ist sicher und zuverlässig und kann AOX und CSB im Abwasser eliminieren.
3. Die Ozonbleiche ist zudem effizienter und stabiler. Die Reaktionszeit zwischen Ozon und Zellstoff beträgt nur etwa eine Minute. Der Weißgrad des Zellstoffs kann leicht 90 % oder mehr erreichen. Außerdem wird eine Vergilbung des Zellstoffs vermieden.
4. Ozon ist etwa 1000-mal reaktiver mit Lignin als mit Kohlenhydraten. Daher ist Ozon hochselektiv für den Abbau von Lignin.
5. Ozon und Kohlendioxid haben ähnliche Bleichwirkungen. In Bezug auf die Verwendung hat jedoch ein Kilogramm Ozon die gleiche Bleichwirkung wie 2-3 Kilogramm Kohlendioxid. Durch die Verwendung von Ozon kann die zu verwendende Menge an Kohlendioxid deutlich reduziert werden.
6. Da die Ozonbleiche bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, sind für den Ozonbleichprozess keine hohen Temperaturbedingungen erforderlich. Dies spart effektiv Dampf und dessen wirtschaftliche Kosten.

Als Isotop des Sauerstoffs ist Ozon aufgrund seiner stark oxidierenden Eigenschaften in unserem Leben weit verbreitet. In unseren vorherigen Blogs haben wir über die große Rolle gesprochen, die Ozon bei der Beseitigung von Gerüchen aus Küche, Badezimmer, Möbelusw. Ozon hat sich auch im Bereich der Wasseraufbereitung etabliert. Für Aquarien, Milchviehbetriebe und Flaschenwasser Behundlunghilft Ozon sehr, uns gesund zu erhalten, indem es eine ausgezeichnete Wasserqualität gewährleistet.