Бумажная промышленность – это сырьевая промышленность с характеристиками экономики замкнутого цикла. Бумажная промышленность может не только стимулировать развитие вышестоящих отраслей, таких как лесное хозяйство, химическая промышленность, машиностроение и логистика, но и способствовать развитию нижестоящих отраслей, таких как упаковка, издательское дело, культурная коммуникация и медицинское обслуживание. Однако в процессе отбеливания целлюлозы образуется большое количество средних сточных вод, содержащих целлюлозу, резинат и другие трудно поддающиеся биологическому разложению ингредиенты. В то же время в сточных водах после отбеливания будут присутствовать органические галогениды, диоксины и другие канцерогены, которые вызовут серьезное загрязнение окружающей среды. С ужесточением требований к охране окружающей среды в мире отбеливание без хлора стало тенденцией в мире. Среди методов отбеливания без хлора отбеливание озоном имеет преимущества короткого процесса, высокой скорости реакции, низкой стоимости отбеливания и низкого сброса сточных вод.

Принцип отбеливания озоном

Озон, образующийся из молекул кислорода в атмосфере под воздействием электрических разрядов, является следовым газом, присутствующим в атмосфере Земли. Озон при комнатной температуре имеет цвет светло-голубой и особый запах. Вдыхание чрезмерного количества озона нанесет вред здоровью человека. Кратковременное воздействие высоких концентраций озона может вызвать такие симптомы, как кашель и затрудненное дыхание. Но озон является мощным окислителем. Он может реагировать с ароматическими соединениями, такими как лигнин и фенол, а также с гетероциклическими соединениями и белками. Поэтому, основываясь на окислении озоном, стерилизации, дезодорации и обесцвечивании, озон широко используется в химической промышленности, производстве бумаги, фармацевтике, консервировании пищевых продуктов, очистке сточных вод и других областях. Для получения более подробной информации об озоне, пожалуйста, обратитесь к нашему предыдущему блогу: Введение в озон.

В процессе отбеливания целлюлозы, независимо от фенольной или нефенольной структуры лигнина, озон может вызывать разрыв углерод-углеродной связи в бензольном кольце, чтобы обеспечить непрерывную деградацию. Озон также может разрушать олефиновые связи и эфирные связи в боковой цепи, чтобы реализовать окислительную деградацию лигнина и, таким образом, достичь цели отбеливания. Кроме того, использование отбеливания озоном может обеспечить прочность целлюлозы. Воздействие озона на волокно является равномерным. Это не повлияет на целостность волокна и не приведет к сшиванию или гофрированию волокна.

Факторы, влияющие на отбеливание озоном

При применении озоновой отбелки на эффект отбеливания влияют концентрация озона, концентрация пульпы, значение pH, температура отбеливания, время отбеливания, добавки и другие факторы.

Концентрацию целлюлозной массы для отбеливания озоном можно разделить на низкую, среднюю и высокую, что соответствует 3%, 10-15% и 30-50% соответственно. При низкой концентрации озона поверхность волокон целлюлозы покрывается водной пленкой, что затрудняет диффузию молекул озона внутрь волокон. Недостаточный контакт между озоном и целлюлозным материалом приводит к снижению эффективности отбеливания. При высокой концентрации озон может полностью взаимодействовать с целлюлозой, что благоприятно сказывается на повышении эффективности отбеливания целлюлозы озоном и белизны конечных целлюлозных продуктов.

Поскольку отбеливание озоном необходимо проводить в кислой среде, перед отбеливанием озоном необходимо добавлять в целлюлозу серную кислоту, сульфит и другие неорганические или органические кислоты для предварительной обработки. Оптимальное значение pH целлюлозы составляет 2-3. Кислая среда может защитить вязкость целлюлозы и подавить образование вредных свободных радикалов во время отбеливания озоном, тем самым улучшая качество целлюлозы.

В связи с активными химическими свойствами и сильным окислительным действием озона, высокие температуры ускоряют его разложение. Это снижает эффективность окислительной деградации лигнина озоном. Эффект отбеливания озоном лучше проявляется при низких температурах (0-10℃). Поэтому отбеливание озоном наиболее подходит для использования при низких или нормальных температурах.

Время реакции отбеливания озоном очень короткое. При полном контакте с целлюлозой эффект отбеливания озоном может быть полностью продемонстрирован всего за 5-10 минут. Это может увеличить использование озона. Кроме того, слишком длительное время отбеливания также приведет к снижению вязкости целлюлозы.

Для повышения селективности отбеливания и предотвращения снижения вязкости целлюлозы, в качестве добавок для химических реакций обычно используют органические соединения, такие как уксусная кислота, щавелевая кислота, метанол и диметилформамид. Добавление этих присадок способствует уменьшению деградации углеводов, что значительно улучшает белизну целлюлозы после процесса отбеливания.

Характеристики отбеливания озоном

Использование озона демонстрирует, что эта технология подходит для отбеливания целлюлозы, содержащей различные типы сульфатов. Более того, по сравнению с традиционными методами отбеливания, отбеливание озоном предпочтительнее благодаря низкой температуре и короткому времени реакции. Подводя итог, характеристики отбеливания озоном можно сформулировать следующим образом:

1. Использование метода озоновой отбелки позволяет сэкономить около 1/3 воды для отбеливания по сравнению с традиционными методами отбеливания целлюлозы. При меньшем количестве воды, используемой для отбеливания, будет и меньше сточных вод.
2. Озоновая отбелка - это метод отбеливания без хлора. Этот метод безопасен и надежен и позволяет устранить AOX и COD в сточных водах.
3. Отбеливание озоном также более эффективно и стабильно. Время реакции между озоном и целлюлозой составит всего около минуты. Степень белизны целлюлозы может легко достигать 90% или выше. Это также позволит избежать пожелтения целлюлозы.
4. Озон примерно в 1000 раз более реакционноспособен с лигнином, чем с углеводами. Поэтому озон обладает высокой селективностью к деградации лигнина.
5. Озон и углекислый газ оказывают аналогичное отбеливающее действие. Но с точки зрения использования, один килограмм озона оказывает такое же отбеливающее действие, как 2-3 килограмма углекислого газа. Использование озона может значительно снизить количество используемого углекислого газа.
6. Поскольку озоновая отбелка может проводиться при комнатной температуре, для процесса озоновой отбелки не требуются условия высокой температуры. Это позволит эффективно сэкономить пар и его экономические затраты.

Как изотоп кислорода, озон широко применяется в нашей жизни из-за его сильных окислительных свойств. В наших предыдущих блогах мы говорили о той большой роли, которую озон играет в удалении запахов из кухня, ванная комната, мебельи т. д. Озон также занял свое место в области очистки воды. Для аквариумах, молочные фермы и бутилированная вода обработкаозон очень помогает нам оставаться здоровыми, обеспечивая отличное качество воды.