臭氧的作用（臭氧对纸浆的漂白作用）

臭氧的作用(臭氧对纸浆的漂白作用)

臭氧具有强氧化性和漂白性。早在1949年，Brabender就记录了美国关于臭氧漂白技术资源网络的专利，随后韦特、Osawa等人继续讨论和讨论臭氧漂白。臭氧对漂白有很强的适应性。它可用于造纸工业中由各种原料和不同方法制成的纸浆。用于亚硫酸盐浆漂白时，还具有除树脂的特点。臭氧漂白后的溶解物质只是木质素和碳水化合物的降解产物，大大减少了漂白技术资源网络排放的废液造成的污染。由于臭氧的这些特性，它已经引起了制浆造纸工人的注意。

臭氧漂白机理及漂白工艺

1.1臭氧的化学和物理特性

臭氧是一种有特殊气味的浅蓝色气体。臭氧(O3)是氧的同素异形体，由三个氧原子组成。常温常压下不稳定，可自行分解成氧气。微量，有“清爽”的气息，高浓度有强烈的漂白粉味。其氧化能力高于氯，仅次于氟，是强氧化剂。臭氧通常是通过在气体或氧气中通电产生的。

1.2臭氧的漂白机理

1976年，Krazl、Klaus和Lecher在国际纸浆漂白会议上提出了臭氧与木质素反应的机理和木质素模型。他们认为臭氧和芳香化合物之间的反应经常导致环破裂，当它与木质素反应时，它在C3和C3打开环，产生高度极性的结构。反应如下:

邻苯二酚与臭氧的反应可以分离出一定数量的顺己二烯二酸[见反应(1)]，藜芦醇与臭氧的反应，去甲基化先于苯环的裂解[见反应(2)]，一些具有藜芦醇结构的物质与臭氧反应，虽然没有去甲基化反应，但也裂解了苯环[见反应(3)]，从而去除了木质素着色物质。

与臭氧木质素的不饱和双键反应，反应中产生的过氧化氢可用于漂白纸浆。

1.3臭氧漂白工艺

臭氧漂白过程中纸浆白度和硬度(K值，即高锰酸钾值)变化的研究与发明；漂白开始时，反应迅速，纸浆白度的提高和K值的降低幅度都很大。臭氧消耗达到一定量后，虽然纸浆白度持续提高，但幅度明显下降，K值不再下降。因此，可以认为臭氧漂白过程可以分为两个阶段:(1)漂白初期，通过臭氧和木质素的快速响应，去除纸浆中残留的木质素，白度和K值变化明显；(2)在漂白后期，由于大部分残余木质素已被去除，剩余的少量难以进一步去除。此时臭氧的重要作用是破坏纸浆各组分中的发色团或改变其结构，从而进一步提高白度。也就是说，脱木素和漂白在漂白前期同时进行，后期以漂白为主。

2臭氧漂白过程中纤维形态和物理强度、漂白效果和稳定性的变化

2.1纤维形态的变化

与臭氧反应时，引起纤维表面状况的变化。在电子显微镜下可以观察到，经过臭氧处理的纤维表面有很多的脊和凹痕，同时还有连接各种纤维部位的粘性薄膜，这在未处理的纤维上是看不到的。因此，纤维表面状况的变化是臭氧漂白的主要特征之一，臭氧漂白促进了纤维的溶胀和刷洗。臭氧漂白的纸浆比普通方法漂白的纸浆打浆速度快20%。

2.2体力的变化

臭氧漂白会在不同程度上改变纸浆的物理强度。臭氧处理后，纸浆的粘度会降低20~50%，但粘度的降低并不意味着纤维的降解和纤维强度的降低。研究表明，臭氧漂白纸浆的粘度下降幅度较大，但物理强度下降幅度较小，在原纸浆强度的10%以内。这可能是因为臭氧与纤维素反应生成羰基，使纸浆对碱敏感，造成人为低粘度。另一方面也可能是纤维表面状况的变化，导致大量短纤维素，降低了粘度，对强度影响不大。臭氧漂白对纸浆强度影响不大，这是臭氧漂白的另一个特点。

2.3臭氧漂白的有效性和漂白纸浆的稳定性

臭氧是一种高效的漂白剂，臭氧漂白不需要很长时间。以西洋铁杉纸浆为例，当纸浆浓度为30%，O3用量为1%时，漂白可在15分钟内完全完成，持续延长时间的后果并不显著。

臭氧漂白纸浆的白度稳定性优于普通方法。在荧光灯的照射下，在相同的温度和湿度下，经过6周的臭氧漂白后，纸浆的GE下降了2.1%，而普通漂白法得到的纸浆下降了4.1%。曝光前，两者的泛黄值相同。

由于臭氧漂白具有效率高、漂白后纸浆稳定性好、对纸浆强度影响小的特点，臭氧漂白将得到越来越广泛的应用，臭氧漂白的前景非常广阔。