钢纸脱盐动力学及提高脱盐效率的方法研究

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钢纸是由多层钢纸原纸经氯化锌溶液处理而成的变性加工纸,并以其高机械强度、优良电绝缘性及良好的机械加工特性而广泛应用于电气工业及化学工业中。但在生产过程中氯化锌的脱除阶段十分耗时且繁琐,致使钢纸的生产效率较低。研究钢纸反应的机理以及其脱盐的动力学对于深入理解钢纸反应过程及提高生产效率具有重要意义。本文利用现代分析手段对钢纸反应前后钢纸纤维在形态、性质方面的变化进行了系统地探讨;其次基于Fick第二定律并结合钢纸的结构特征推导了钢纸脱盐过程的动力学模型,并结合实验数据建立了脱盐动力学方程;再次,探讨了酸处理及螯合处理对脱盐过程的加速效果;最后将超声波这一强化传质的技术应用了脱盐过程,并分析了超声波对钢纸结构的影响。论文取得的主要结论有:1、钢纸原纸在与氯化锌接触后纤维会迅速发生润胀,但对于初生壁破除完全,内部细纤维化的纤维润胀比可以达到23;氯化锌溶液为纤维素的非衍生化溶剂,处理后纤维素晶体结构没有改变,但非结晶区增多,纤维的结晶指数下降,钢纸的热稳定性稍有降低;原纸经氯化锌溶液处理后,发生强烈润胀和胶化作用后的纤维使得彼此之间的连接更为紧密,产生了更多的纤维间结合。2、建立了脱盐液内氯化锌含量与电导率之间的线性关系;根据Fick第二定律推导了钢纸脱盐的动力学模型,并依据实验数据修正了模型及对模型中参数进行了求解,进一步得到了钢纸脱盐的动力方才c=[3.324×10-3T+2.466exp(-R)-0.6522]-8/π2[3.324×10-3T+2.466exp(-R)-0.6522]×[0.108exp(-π2t/L2×10-6×e-1913.5/T)+0.892exp(-4.08π2t/L2×10-7×e-3132/T]))根据该模型,脱盐过程分为快速洗刷阶段及分别求)出;了两阶段表观速率常数及活化能;经对动力学方程进行了检验,实验值与模型计算值符合较好。3、酸处理对脱盐速率并没有影响,这是因为主要的阴离子基团上锌离子的吸附量相对于钢纸内总锌离子含量而言微乎其微;螯合剂能够迅速完全地与脱盐液中的锌离子生产稳定的络合物,但螯合剂A不能够对脱盐速率起到加速效果,主要是由于生成的络合物在钢纸表面有太多的吸附,而EDTA与锌离子生成的络合物溶于水且带有负电性,经验证EDTA-Zn络合物并没有显著地吸附在钢纸表面或进入钢纸内部,并能够对脱盐过程起到加速效果。4、超声波对脱盐过程能够起到加速效果,且功率越大效果越明显;超声波与螯合剂处理的协同作用对脱盐速率提高程度更大,这是由于超声波提高了氯化锌在钢纸内部的扩散且EDTA能够迅速与进入脱盐液中的锌离子发生螯合作用,但超声波处理后钢纸孔隙率从23.05%提高到了25.43%。
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