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2019-10-19  星期六
 
 
这一技术或将颠覆制浆现状——超声波

类别:国内新闻 发表于:2019-4-22 15:53:15 共被阅读过 124

 

刘洁 浆纸技术   190402

原编者按相较于传统化学法制浆,超声波制浆得率高,且缩短了制浆环节,吨浆成本较碱法制浆低,无氯添加,无制浆黑液排放,环保优势明显。

这一新制浆技术,吸引了中国主板上市公司——福建青山纸业股份有限公司(上市代码600103.SH)的高注关注。早在20151月,青山纸业就以3亿元人民币的价格收购28项超声波制浆专利技术之所有权。到了2016930日,青山纸业曾发布消息,拟募资21亿元人民币,配套建设25万吨超声波制浆生产线。为慎重期间,计划先行投资5528.38万元人民币,建设中试生产线,这体现在2017221日青山纸业董事会审议通过的《关于实施年产 3 万吨超声波竹木制浆中试生产线的议案》中。到了201733日,为了加快推进超声波制浆技术产业化,进一步拓展超声波技术应用范围,青山纸业合作投资设立了福建省青山超声波技术研究院有限公司,实现以技术为核心的产业融合,实施创新发展。

通常把频率高于20000赫兹的声波称为超声波。超声波是一种频率超出人类听觉范围的声波。其传播时,使弹性介质中的质点粒子振荡,并通过介质按超声波的传播方向传递能量。超声波具有机械能,在媒质中传播时,会产生一系列效应,如力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等,这些效应能改变物质的性能或状态。

超声波按其用途可分为两大类,一类是大功率超声或简称功率超声,它是利用超声的能量来改变材料的某些状态,为此,需要产生相当大或比较大能量的超声波。第二类是检测超声,利用它来采集信息,特别是材料内部的信息,它几乎能穿透任何材料,特别是对某些其他辐射能量不能穿透的材料,超声更显示出这方面的优越性。

  超声波应用于制浆的作用原理

应用于制浆的超声波属第一类——功率超声。超声波作用于超声波介质中,产生空化现象,在空化泡破裂时,极短时间在空化泡周围的极小空间内产生50兆帕的高压,并伴生强烈的冲击波。同时,由于能量的释放,局部的电子能级发生变化,造成空穴界面处或泡内电子能级的跃迁,形成游离基和新的官能团,降低了化学反应的活化能,促使纤维分离、木素碎片化而形成纸浆。同时由于超声波的热效应、机械作用和空化作用使纤维产生微隙,导致纤维比表面积增大,反应活性中心增多,含漂基增多,从而使漂白加速,白度提高。

多年来,经业界多位专家研究发现,用超声波处理木浆,具有与机械打浆、精浆相似的效果,可对纤维细胞壁产生位移、变形以及细纤维化等作用。这主要是由于超声波空化产生的微射流对纤维的冲击、剪切作用,使纤维细胞壁出现裂纹,细胞壁发生位移和变形,初生壁和次生壁外层破裂脱除,次生壁中层(S2)暴露出来;或使纤维产生纵向分裂,发生细纤维化。与此同时超声波产生羟基自由基,即·OH,·OH 是强氧化剂,电极电位达到2.70V,氧化能力仅次于氟。羟基自由基进一步结合形成H2O2, H2O2漂白能力强,同时能产生强烈的氧化作用,进行杀菌、消毒、解毒,很快把纤维漂白,并进行消毒,使草类原料在同一容器内变成漂白纤维。实践发现超声波处理不仅对纤维有机械打浆效应,而且,经超声波处理后,纤维的保水值增大,纤维的可及度和反应性能显著提高。

超声波制浆的开发利用

超声波技术以其作用力强、作用面宽、对环境无污染的特点,在制浆造纸工业中得到了很好的应用,特别是在纸浆纤维处理、纸张在线检测技术、废水处理、废纸脱墨处理、黑液处理和清洁除垢等方面显示了广阔的应用前景。

到目前为止,超声处理大多还处于实验室阶段,存在着成本相对偏高、处理量小的问题。要想实现超声技术的工业化,改进超声波发生器的结构、优化工艺参数、提高反应效率、变间歇式处理的实验室阶段为连续性的大规模处理阶段,是促进超声波技术推广与应用中必须要解决的一个问题。

近年来,河南华森纸业有限责任公司、南京林业大学等利用超声波制麦草浆的技术获得了突破,使超声波在麦草制浆生产中得到了应用。生产的麦草浆具有得率高、白度高、强度性能好的特点;该技术的另一大优势在于制浆与漂白同步进行,工艺流程简单、生产成本低、用水量少、排放量少。

华森纸业制备的麦草浆质量指标达到:

纸浆得率:68%-72%

白度:77.1%以上

抗张指数:40-50N·m/g  

撕裂指数:0.5-0.6mN·/g  

耐折度: 50

(注:抄片定量为61.1g/m2,打浆度为41.00°SR)

从以上指标可以看出,超声无氯麦草浆各项质量指标较好,能够满足普通文化用纸和生活用纸的生产需要,用户对纸浆质量表示满意。

超声波制浆的发展前景

据有关资料的不完全统计,中国年产农作物秸秆6亿多吨,其中可利用的秸秆4.8亿吨,这是一项宝贵的植物资源。如果能充分利用,不但能缓解中国造纸工业原料不足的问题,并将具有协助中国政府解决三农问题的重要作用。因此,充分利用中国丰富的农作物废弃物作为造纸原料,仍然是中国造纸工业原料结构的特色。中国已有丰富的国内外公认的非木制浆造纸的经验,适用于非木原料制浆造纸的清洁生产技术装备仍然是中国造纸工业的极大需求。

超声波制浆新技术,就是清洁生产技术的一种。超声无氯麦草制浆,具有投资省、用水少、能耗低、产品质量好的特点,具有较好的发展前景。不仅应用于制浆,还可应用于废水处理等领域。

这一制浆新技术,不仅应用于非木原料(农作物秸秆),也可应用于木材、竹等制浆原料;不仅在中国具有很高的推广应用价值,在印度、印尼等制浆原料资源丰富的国家也具有广阔的发展前景。   

    本文是超声波制浆新技术发明人、专利权出让人、原河南华森纸业有限责任公司总工程师刘洁先生撰写。题目为编者所加。 

   

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