全 文 ：№ . 2　　　　　　　　　　　　　　　西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　 Jun. 1998
· 78· 　　　　 JOURNAL OF NORTHWEST IN ST ITU TE O F LIGHT INDUS TRY　　　　 Vol. 16
麦草浆电化学漂白的研究
张光华　田红光　杨建桥
(轻化工系 )
摘　要　对麦草浆电化学漂白的工艺及可行性进行了初步探讨 .以氯化钠、水在一
特制的电解槽内使电解与漂白反应一次完成 ,并考察了漂白过程中氯的产生与消
耗的动态情况 .结果表明 ,电化学法漂白减少了制漂等一系列工序 ,得到的麦草浆
白度高 ,降解少 ,漂白废液可以循环使用 ,特别在减少漂白用水及降低污染负荷等
方面具有明显的优势 ,是一项有前途的漂白新技术 .
关键词: 漂白 ,麦草浆 ,电化学法
中图法分类号: TS744
1　前言
电化学法漂白是以盐、水为原料 ,一步法漂白的新技术 ,成本低 ,设备简单 ,废水少 ,污染
低 ,还可省去纸厂从采购氯气到制漂液的一系列繁杂手续 .国外自 70年代开始对化学木浆
的电化学漂白进行研究 ,已有小型中试厂和几项专利〔1～ 3〕 ,国内从 80年代后期才起步〔 4〕 ,而
对草浆的电化学漂白至今未见报道 .本文对麦草浆的电化学漂白工艺及可行性进行了初步
的探讨 .
2　实验原料及方法
2. 1　原料
硫酸盐麦草浆: 取自陕西省咸阳造纸厂 ,纸浆硬度 12. 3KMnO4 ,白度 30. 5% SBD,氯化
钠、盐酸、氢氧化钠均为化学纯 .
2. 2　实验设备
自制电化学漂白反应槽、 PHS- 3型数字式酸度汁、 TDD- 150涂镀直流电源、 SBD型
数字式白度仪 .
2. 3　有效氯、铜价、返黄值的测定
漂液有效氯及纸浆铜价、返黄值等均按最新国家标准测定 .
2. 4　纸浆红外结晶度的测定
日本导津 IR- 440型红外光谱仪 ,采用 KBr压片 , Oelson- O′co rrner法测定:
收稿日期: 1997- 10- 13　第一作者:男 , 35,副教授 ,主要从事造纸助剂合成与应用研究
K I = a1372- 1 /a2900- 1　 (a为谱带强度 )
2. 5　实验方案
麦草浆电化学漂白是运用电解原理使纸浆漂白在一特制的电解槽内一步完成 .影响电
解反应产物和纸浆漂白反应的主要因素为 pH值、盐浓度、槽电压、时间、温度 .采用正交法
安排实验 ,经过反复摸索漂白条件后 ,确定的因素水平表见表 1.
表 1　麦草浆电化学漂白实验因素水平表
水　平 p H NaCl (% ) 槽电压 ( V ) 时间 ( min)
1 5 2 6 40
2 7 3 8 50
3 9 4 10 60
4 11 5 12 70
　　实验固定工艺条件:绝干浆 15g ,溶液 600ml ,石墨电极面积 40cm2 ,阴阳极间距 8cm ,搅
拌速度 800r /min,起始温度 20℃ .
3　结果及讨论
3. 1　试验结果与分析
麦草浆电化学漂白正交试验结果见表 2.各因素对漂白浆的白度、铜价、返黄值的影响
见表 3～ 5.
表 2　麦草浆电化学漂白实验结果〔L ( 45 )〕
序　号 A B C D 白　度 返黄值 铜　价 红外结晶度 终点 pH
1 1 1 1 1 45. 0 0. 6 0. 43 0. 297 6. 94
2 1 2 2 2 56. 5 3. 7 0. 23 0. 435 7. 76
3 1 3 3 3 74. 3 2. 8 0. 78 0. 442 7. 88
4 1 4 4 4 64. 6 13. 0 5. 79 0. 516 7. 11
5 2 1 2 3 41. 5 0. 8 0. 48 0. 485 8. 15
6 2 2 3 4 50. 8 3. 3 0. 47 0. 487 7. 61
7 2 3 4 1 74. 8 6. 0 1. 86 0. 500 7. 59
8 2 4 1 2 48. 6 2. 5 0. 57 0. 425 7. 58
9 3 1 3 4 52. 8 2. 5 0. 39 0. 288 7. 84
10 3 2 4 3 73. 4 4. 2 0. 75 0. 510 7. 43
11 3 3 1 2 59. 8 3. 1 0. 38 0. 431 7. 78
12 3 4 2 1 67. 1 3. 2 0. 75 0. 464 8. 60
13 4 1 4 2 53. 5 3. 0 0. 28 0. 361 9. 01
14 4 2 1 1 65. 6 3. 4 0. 34 0. 396 8. 44
15 4 3 2 4 64. 9 2. 9 0. 28 0. 405 8. 65
16 4 4 3 3 57. 8 4. 1 0. 30 0. 385 8. 91
·79·第 2期　　　　　　　　　　　张光华等: 麦草浆电化学漂白的研究
表 3　各因素对白度的影响
因素 p H 盐浓 槽压 时间
R1 55. 2 42. 5 48. 0 58. 1
R2 55. 1 57. 2 52. 4 55. 9
R3 57. 5 63. 6 60. 8 57. 0
R4 55. 9 60. 5 62. 6 52. 8
R 2. 4 21. 1 14. 6 5. 3
表 4　各因素对返黄值的影响
因素 p H 盐浓 槽压 时间
R1 4. 9 1. 7 2. 6 3. 2
R2 3. 2 3. 6 2. 6 3. 3
R3 3. 2 3. 7 2. 9 3. 0
R4 3. 5 5. 8 6. 7 5. 5
R 1. 7 4. 1 4. 1 2. 5
表 5　各因素对铜价的影响
因素 p H 盐浓 槽压 时间
R1 1. 86 0. 38 0. 33 0. 69
R2 0. 85 0. 43 0. 28 0. 30
R3 0. 38 0. 76 0. 50 0. 56
R4 0. 22 1. 75 2. 20 1. 76
R 1. 64 1. 37 1. 92 1. 46
　　从表 2～ 5可看出 ,对白度、返黄值的影响次序由强到弱依次为: 盐浓度、槽电压、时间、
pH,对铜价的影响次序由强到弱依次为:槽电压、 pH、时间、盐浓度 .以上现象可以从一般的
电化学反应原理得到解释 ,由于电化学漂白基本上属于无隔膜电解槽的反应原理 .即:
NaCl+ H2O Cl2 (阳极 ) + H2 (阴极 ) + NaOH
Cl2 + NaOH NaClO+ NaCl+ H2O
　　电化学漂白反应体系中有次氯酸、次氯酸钠、氯气、氢氧化钠等物质 , pH对电解生成的
产物类型及产物的比例影响很大 .当 pH小于 2时 ,主要产物为氯气 ;当 pH在 4～ 7时 ,主要
产物为次氯酸钠与次氯酸 ;当 pH大于 7时 ,主要产物为次氯酸钠 .而盐浓度、槽电压则是有
效氯产生速度和数量的决定性因素 .
3. 2　影响因素的显著性分析
电化学漂白结果受诸多因素的影响 , 方差分析可以反映实验因素的影响程度 .白度增
值的方差分析结果见表 6,用 F检验法检验各因素对白度影响的显著性水平 .可看出在实验
条件范围内 ,盐浓度和槽电压对白度的影响显著 ,而 pH和通电时间影响一般 ,因为盐浓度
和槽电压是决定系统中产生有效氯的决定因素 .
·80· 西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　第 16卷
表 6　白度增值的方差分析结果
因素 方差 ( S ) 自由度 (F ) S /F F值 显著性
pH 14. 2 3 4. 7 0. 1
盐浓度 1048. 3 3 349. 4 9. 5 　　* *
槽电压 577. 2 3 192. 3 5. 3 　　*
时　间 63. 1 3 21. 0 0. 6
误　差 109. 4 3 36. 4
　　* F0. 05( 3, 3) = 9. 28, F 0. 25( 3, 3)= 2. 36
3. 3　电化学漂白过程中有效氯的变化
由于电化学漂白是在缓和条件下进行的 ,所以其有效氯的产生和消耗是关键因素 .本文
重点考察了表 2中序号为 4、 7、 10、 13四个实验漂白过程中有效氯的变化情况 ,结果见图 1.
将漂后浆的白度与图 1对比分析 ,可看出在漂白过程中有效氯的产生速度与消耗速度要保
持一个比例 ,即漂液中的有效氯生成不能过快和过多 ,否则 ,易造成纸浆白度不稳定和过漂
现象 .但漂液中的有效氯生成也不能过慢和过少 ,否则达不到所希望的白度 .从图 1看出 10
号实验较为理想 ,其纸浆白度高、稳定性好、纤维降解少、残氯量低 .有效氯的监察对确定电
化学漂白的工艺条件有指导意义 ,对降低漂白废水污染负荷也有指导意义 .
图 1　漂白过程中有效氯的变化　　　图 2　硫酸盐法麦草浆电化学漂白前后的 IR图
3. 4　关于电化学漂白的一些理论探讨
电化学漂白的麦草浆其返黄值和铜价比一般的化学法小 ,也可从表 2中漂白浆的红外
结晶度较高得到进一步的证实 .图 2反映出麦草浆漂白后的木素脱除情况 ,对于这一点 ,可
作以下分析 .首先 ,在电化学漂白反应中 ,有效氯是逐步生成与消耗的 ,整个漂白过程是在缓
和的条件下进行的 .在每个实验中 ,每隔 10分钟取样测定漂液中的有效氯含量 ,发现 16个
实验中最高值只有 2g /l. 通电停止后放置 30分钟 ,残氯下降到 0. 3g /l以下 .其次 , Davgdov
通过对木浆的电化学漂白研究认为 ,电化学漂白反应中阴极产生的原子氢与纤维作用 ,防止
·81·第 2期　　　　　　　　　　　张光华等: 麦草浆电化学漂白的研究
了氯进一步将纤维素的羟基氧化为醛基和羧基 ,使得漂白纸浆白度可长期稳定 .第三 ,由于
电化学反应中阴极具有强的还原作用使漂液中的重金属离子还原 ,从溶液中析出 ,降低了溶
液中重金属离子的含量 ,也使得返黄值减小 .
4　结论
( 1)电化学法漂白麦草浆是可行的 ,由于有效氯是逐渐生成并消耗的 ,所以在一定条件
下可得到白度高、稳定性好、纤维降解小的漂白浆 .
( 2)影响漂白浆白度及稳定性的主要因素依次为盐浓度和槽电压 ,其次为时间和 pH
值 ,影响纤维降解的主要因素是 pH值、盐浓度、槽电压 ,其次为时间 .
参 考 文 献
1　 US, 4617099, 1986
2　 Fadali O. A, Cellulose Chem. Techno l. 1991; ( 25): 187～ 188
3　 Nassar, M. M , JPPS, 1985; 11( 7)
4　仝长保等 .电化学法棉浆漂白 .中国造纸 , 1988; 62( 2)
ELECTROCHEMICAL BLEACHING OF WHEAT STRAW PULP
Zhang Guanghua　 Tian Hongguang　 Yang Jianqiao
ABSTRACT
The bleaching o f wheat straw kraf t pulp by elect rochemical method w as repo rted. Af-
fecting by the time, pH, vol tag e of cell and consistency of sodium chloride were studied.
The results show ed that the brightness rev ersion and copper number o f bleached pulp
by elect rochemist ry w ere smaller than by chemical method, because the produce and con-
sume of effectiv e cho rine in the cell was g radual.
Keywords: bleaching , wheat st raw pulp, elect rochemist ry
·82· 西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　第 16卷