纤维素纤维纯化与溶解过程中的参数检测方法及传质与反应行为研究

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目前,粘胶基再生纤维仍然是产能最大的再生纤维素纤维产品,其年产能可占到再生纤维素纤维总产量的65%以上。然而,在其制造过程中会产生大量的废水、废气、废渣。如不对这些污染物进行妥善处理,将会造成严重的环境污染问题。因此,关于粘胶基再生纤维工业的节能减排、清洁生产仍然是目前的研究热点之一。为了达到降低二硫化碳的使用量,开发出低毒化的清洁生产技术的目的,本文主要从提高粘胶基再生纤维生产过程中关键性参数的检测效率以及实现主要工艺流程的精准控制的角度进行了研究。与此同时,还研究开发出一种经济可行的粘胶基再生纤维用纤维原料的纯化新工艺。此外,还对纤维素纤维原料的物化性质对粘胶基再生纤维生产过程中的反应性能的影响进行了评价。具体内容如下:针对目前粘胶基再生纤维生产过程中纤维原料纯度指标的测定方法存在的问题,操作繁琐、耗时,开发出了基于现代仪器分析技术的快速测定方法。首先,基于可见光谱耦合统计学分析技术建立了快速准确测定纤维素纤维中α-纤维素含量的新方法。其次,利用相反应转化顶空气相色谱分析技术建立了可批量测定纤维素纤维中α-,β-,和γ-纤维素含量的高效方法。结果表明,该方法测得的数据与传统的滴定法测得的数据高度一致,说明本方法可用于纤维素纤维生产企业及科研院所中纤维素纤维中α-,β-,和γ-纤维素含量的大批量检测。基于光散射原理建立了一种快速准确测定纤维素纤维反应性能的新方法,通过与改良的Fock法进行结果对比,发现两种方法的相对偏差小于11%,说明本方法在快速评价纤维素纤维的反应性能时结果是可靠的。然而,该方法在测定过程中会释放大量的硫化氢气体,操作时需采取一定的防护措施。为了克服这一缺点,本文还利用相反应转化顶空气相色谱技术建立了可批量测定纤维素纤维原料反应性能的高效方法。利用一种统计学分析技术——偏最小二乘法对纤维素纤维原料的主要物化参数与反应性能之间的关系做了综合分析。结果表明,当灰分和结晶度保持在一定范围内时,最主要的影响参数依次是粘度、α-纤维素含量以及羧基含量。通过偏最小二乘法回归分析,给出了各参数对反应性能影响程度的量化值,这对于改善纤维素纤维反应性能的工艺参数调整提供了一种更为理性的思路。利用流动注射技术结合紫外/可见光谱法建立了一种在线监测冷碱抽提过程中半纤维素溶出量的方法。并利用该监测方法,分析了不同冷碱抽提条件下半纤维素溶出量的变化情况,并建立了冷碱抽提过程中半纤维素的溶出动力学模型。该模型的建立为进一步挖掘冷碱抽提工艺纯化纤维素纤维的潜力奠定了理论基础。针对单段式冷碱抽提纯化纤维素纤维原料时碱液利用率低下的问题,本文提出了一种冷碱抽提新工艺——回用冷碱液式冷碱抽提法,并针对该工艺过程进行了传质理论推导和实验验证,得出了较好的回用碱液工艺参数。此外,还对抽提后浆料反应性能的改善给出了具体的解决方案;最后对冷碱液中半纤维素的利用途径进行了简单分析。搭建了在线监测黄化反应过程的衰减全反射-紫外/可见光学传感器平台,并建立了配套的实时预测纤维素纤维溶解情况的化学统计学模型。通过该装置和模型的配套使用,研究了不同温度下纤维素纤维溶解情况随时间的变化规律,建立了化学反应动力学模型。在已知黄化反应温度和时间的情况下,该模型能实现纤维素纤维溶解情况的实时预测。最后还利用该测定平台,建立了黄化反应终点的光谱学判断方法。本终点判断方法的建立,为粘胶基纤维黄化过程的准确控制给出了很好的依据。
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