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电位分析法评价阳离子瓜尔胶的吸附性能

发布日期:2015-07-11 18:52:08

电位分析法评价阳离子瓜尔胶的吸附性能

要实现造纸企业白水系统的封闭循环,需要有 效地使用化学助剂。因此,了解封闭循环系统中纸 浆与化学助剂所发生的变化是必要的;由于聚电解 质在纸浆中的吸附是最主要的一步,因而了解聚电 解质的吸附行为显得尤其重要。这就需要一种方 便、快捷评价聚电解质吸附行为的方法。电位分析 法正是这样一种方法,它可以用来评价阳离子聚电 解质的吸附性能。本文研究了阳离子瓜尔胶作为凝 聚剂的作用及电位分析法用于阳离子瓜尔胶吸附性 能评价的效果。

漂白硫酸盐阔叶木浆;模拟白水,用含阴离子 垃圾等杂质的水配制成模拟实际纸厂的白水;文 化用纸;涂布纸;漂白热磨化学机械浆(BCMP) 阳离子瓜尔胶,用作吸附剂;苯酿,纯度为99%;浓 硫酸。
为提高纤维的均匀度,浆料分别采用50 100 200目的振动筛子进行筛选,把那些过50目、而不 过100目的浆留下并用蒸馏水冲洗,然后通过布氏 漏斗过滤。采用流动电位测定仪检测纤维的Zea电位。
实验室制备模拟白水的方法。采 用浆浓为2%,包括文化用纸、涂布纸和BCMP 其质量比为6 :2 在60°C下将此浓度的浆料 搅拌1 h然后过滤,收集滤液作为实验用模拟白 水。在这个浓度下收集的水被循环用来分散新的 损纸和BCMP反复利用5次后,水中含有大量的
细小纤维和灰分。用离心管离心分离500 g水样, 离心30 mn去除阻碍阳离子瓜尔胶吸附到纤维 上的细小填料和灰分;重新测定实验所用模拟白 水的指标,如电导率、CD和总溶解固形物(TS) 等,用来评价白水水质;测量浊度和阳离子需 求量。
为观察阳离子瓜尔胶在纤维上的吸附,用紫外 分光光度计检测上层清液中总糖的含量。把2 mL 的滤液与0 1 ml的苯酚、5 mL的浓硫酸混合,形成 了永久性琥珀色的液体,在490 n波长处检测混合 物的吸光度。
为了评价阳离子瓜尔胶在纤维上吸附采用电位 法分析的可行性,需要测定纤维的Zea电位。一般 来说,纸浆悬浮液中的纤维带负电荷,主要是因为含 有大量的羧基基团。由于阳离子瓜尔胶带有正电 荷,当瓜尔胶吸附到纤维表面后,改变了纤维所带电 荷。纤维表面电荷的改变可通过纤维的Zea电位 反映出来。为消除未吸附的聚合物和无机物对Zea 电位的影响,把布氏漏斗过滤后的纤维重新分散到 蒸馏水中;然后用Zea%位测定仪测定重新分散后 纤维的Zeta电位。
(1)吸附实验I添加稀释后质量分数为0. 05% 的阳离子瓜尔胶溶液到500 g纸浆和蒸馏水组成的 悬浮液中后,再在200 r/mn下搅拌3 h然后用布 氏漏斗过滤,最后测定滤液的阳离子需求量、吸光度和纤维的Zea电位。
(2)吸附实验II:用模拟白水配成浆料并搅拌1h然后过滤。将浆料分散到蒸馏水中,再加入阳 离子瓜尔胶;在搅拌3 1后过滤,最后测定滤液的吸 光度、阳离子需求量和纤维的Zea电位。
(3 )吸附实验III搅拌由纤维和模拟白水组成 的490 g的纸浆悬浮液1 h后加入不同浓度的阳离 子瓜尔胶10 g在保持纸浆悬浮液浓度不变的前提 下,用瓜尔胶溶液来改变纸浆悬浮液中阳离子瓜尔 胶的含量;加入瓜尔胶后搅拌3 h然后再过滤并测 定滤液的Zea电位、阳离子需求量、CD和浊度。
吸光度起初随阳离子瓜尔胶用 量的増加缓慢降低,直到阳离子瓜尔胶用量増加到 8 mg/g吸光度才开始上升。浆料上层清液中的糖类 呈弱酸性,并带负电荷。这是由于浆中糖的量比加到 浆里的阳离子瓜尔胶的量少,随着阳离子瓜尔胶添力口 到浆料悬浮液中,阴离子糖类和阳离子瓜尔胶发生相 互作用,并且反应产物吸附到纤维上;当瓜尔胶添力口 量大于8 mg/g时,滤液的吸光度将増加。这一事实 表明阳离子瓜尔胶的用量大于使纤维电性饱和的需 求量,这就造成了游离的阳离子瓜尔胶用量的増加。 23电位分析吸附实验I
随着封闭程度的提高,白水电导率増加;然而它 还是远远低于纸厂白水的实际电导率,这是因为本 试验中用了蒸馏水。当电导率増加到3 000 M S/ m 甚至更高,将对商品湿部添加剂产生负作用。由于 在实验室里制备的模拟白水的电导率低于这个水 平,阳离子瓜尔胶的应用效果反映并不真实。模拟白水的CCD来源于表面施胶中的氧化淀粉,随着系 统封闭程度的増加,它呈直线上升。氧化淀粉在纤 维上的吸附性低也会出现此结果。随着系统封闭程 度的提高,TD和阳离子需求量也増加,并且阴离子 的溶解性和胶体物质的聚集使得阳离子聚合物的效 率降低,浊度也会増加。
当瓜尔胶用量从0 mg/g増加至|J 8 mg/ g纤维的Zea电位呈线性増加;当瓜尔胶的用 量大于8 mg/g时,纤维的Zea电位基本保持不变。 这说明当添加量低于8 mg/8时,瓜尔胶被完全吸附 到纤维上并中和纤维的负电荷。当纤维上吸附的阳 离子瓜尔胶达到饱和后,吸附的瓜尔胶阻碍上层清液 中瓜尔胶对纤维的吸附,这就造成当瓜尔胶在很大的 附情况。图3用量时纤维的Zt电位基本保持不变的情况。
随着阳离子瓜尔胶用量的增加, 滤液的阳离子需求量减少。在清液中糖类的减少和 未吸附的阳离子瓜尔胶的增加造成滤液的阳离子需 求量减少,这与纤维Zea电位的变化是一致的。
阳离子瓜尔胶的吸附分为2个阶段。第1阶 段,由于阳离子瓜尔胶添加到浆料悬浮液中时和阴 离子物质一起吸附到纤维表面,造成滤液的吸光度 下降。第2阶段,随着阳离子瓜尔胶添加量的增加 滤液的吸光度也增加,这也表明未吸附的阳离子瓜 尔胶浓度的增加。随着封闭程度的提高,吸光度下 降,而最小吸光度也发生改变,这表明随着纤维中阴 离子物质的增加,瓜尔胶的吸附量也增加。
随着阳离子瓜尔胶用量的增加, 纤维的Zeta电位也增加。系统封闭程度的提高造 成阴离子垃圾增加和纤维的Zea电位下降。这就 意味着在更高的封闭程度中阳离子瓜尔胶所吸附的 纤维上会有更多的阳离子吸附点。当阳离子瓜尔胶 添加量很低时,阳离子瓜尔胶吸附到纤维上的量将 会保持在同一水平上。在更高的封闭程度中纤维被 阳离子瓜尔胶中和的量会更低,这就是为什么在更 高程度的封闭循环中为达到同样的Zea电位所需 要的阳离子瓜尔胶会更多。