高得率制漿漂白技術(shù)在輕化工程本科實驗教學中的應(yīng)用建設(shè)

衛(wèi)威，覃程榮，周敬紅，宋雪萍

摘要：制漿漂白技術(shù)是輕化工程專業(yè)的本科生的重要實驗教學環(huán)節(jié)，將高得率制漿漂白引入實驗教學環(huán)節(jié)不僅對高得率制漿漂白工藝的學習有密切的關(guān)系，而且對學生從事制漿造紙領(lǐng)域的研究工作能發(fā)揮十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：高得率制漿；漂白；輕化工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0186-02

一、引言

廣西大學制漿造紙工程專業(yè)始創(chuàng)于1978年。是廣西區(qū)內(nèi)高校中唯一的制漿造紙工程本科專業(yè)。1998年在原制漿造紙工程、皮革工程、染整工程的基礎(chǔ)上更名為“輕化工程專業(yè)”。1995年開始招收碩士生，1999年獲得碩士點，2005年獲得了廣西高校博士點建設(shè)專項經(jīng)費的支持。2007年輕化工程專業(yè)獲廣西自治區(qū)級優(yōu)質(zhì)專業(yè)，2008年獲國家特色專業(yè)。專業(yè)主干課程“制漿工藝學”2008年入選廣西自治區(qū)級精品課程。學科實驗條件不斷完善，制漿造紙實驗室在廣西大學自治區(qū)級實驗室評估中榮獲一等獎；恒溫恒濕紙張物理檢驗實驗室獲得了國家氣象計量站ISO認證；先后建立制漿造紙中試、紙杯中試、紙漿模塑制品中試、廢水UMAR處理中試、廢水Fenton中試等實驗室。這為培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力、鍛煉實際動手能力創(chuàng)造了優(yōu)良的物質(zhì)條件。輕化工程學科是一門實踐性很強的學科，學科實驗是幫助學生學好專業(yè)理論知識的必要環(huán)節(jié)和有效途徑。專業(yè)實驗教學是輕化工程專業(yè)學生專業(yè)理論知識和專業(yè)技能培養(yǎng)中的重要組成部分，是學生從基礎(chǔ)理論向?qū)嵺`過渡的橋梁。實驗?zāi)芰Φ母叩椭苯臃从沉藢W生的思維能力和動手能力，對學生今后從事制漿造紙專業(yè)工作具有不可替代的作用。我校制漿造紙專業(yè)開設(shè)了植物纖維化學實驗技術(shù)、制漿造紙實驗技術(shù)、造紙濕部化學與化學品的應(yīng)用等實驗課程。

二、建設(shè)背景

制漿造紙技術(shù)工業(yè)化的主導工藝制漿可以分為三類：化學制漿、機械制漿和化學機械制漿，后兩類屬于高得率制漿，原材料利用率高。目前，全國所有輕化工程專業(yè)本科實驗課程只開設(shè)化學制漿內(nèi)容，均沒有開設(shè)高得率制漿相關(guān)內(nèi)容的實驗課程，導致有些同學畢業(yè)找工作以及到高得率制漿工廠工作后受到一些限制。這是由于近百年來化學制漿在國內(nèi)外均占主導地位，目前占制漿總量的80%左右，但是高得率制漿由于其具備特有的優(yōu)勢而得到大力發(fā)展，成為今后發(fā)展趨勢之一。[2]我院承擔的“高配比竹漿生產(chǎn)高檔新聞紙的研制與開發(fā)”項目以廣西豐富的竹子資源為原料，通過開發(fā)系列低污染、高得率制漿漂白新技術(shù)，生產(chǎn)高檔彩色膠印新聞紙。該技術(shù)成果達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，獲2005年度廣西科技進步二等獎，并已成功應(yīng)用于廣西柳江造紙廠。該項目的產(chǎn)業(yè)化有利于加快西部地區(qū)的竹子產(chǎn)業(yè)化進程，保護我國的森林資源和生態(tài)環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。為了拓寬學生的知識面及就業(yè)面，我校于2010年將生物質(zhì)精煉以及高得率制漿造紙技術(shù)引入輕化工程實驗教學中，使學生了解前沿性研究以及當前的制漿發(fā)展趨勢，實現(xiàn)“人無我有”的特色優(yōu)勢。將高得率制漿造紙新技術(shù)融入輕化工程專業(yè)本科生實驗教學平臺，能使輕化工程專業(yè)本科生畢業(yè)生掌握高得率制漿造紙技術(shù)，為廣西制漿造紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮應(yīng)有的貢獻。

三、建設(shè)內(nèi)容

本實驗教學單元設(shè)置為綜合設(shè)計性實驗，實驗內(nèi)容的設(shè)計由學生自己通過查閱資料擬定漂白目標白度，設(shè)計漂白工藝條件，由老師檢查工藝條件合理性后，分組完成實驗，并通過綜合分析實驗結(jié)果得出實驗心得。了解漂白時間、溫度及漂白流程對紙漿白度的影響，掌握目標與工藝調(diào)整方案，著重培養(yǎng)學生漂白組合功效和理解能力。本項目具有較大的柔性和靈活性，體現(xiàn)學生的主體地位和教師的主導作用，充分發(fā)揮學生的自主能動性。通過建設(shè)豐富了實驗內(nèi)容，增加了實驗的自由度，能更大程度的調(diào)動學生實驗的積極性。

紙漿的漂白是化學藥品作用于纖維中化學成分的過程，其主要目的是提高紙漿的白度和白度穩(wěn)定性，改善紙漿的物理化學性質(zhì)，純化紙漿，以及提高紙漿的潔凈度。由于木素大分子含有不同的發(fā)色基團以及發(fā)色基團與發(fā)色基團之間和發(fā)色基團與助色基團之間的各種可能的聯(lián)合，構(gòu)成復(fù)雜的發(fā)色體系，形成寬闊的吸收光帶，因此，從理論上來說，有色物質(zhì)的脫色或者說漂白是通過阻止發(fā)色基團間的共扼，改變發(fā)色基團的化學結(jié)構(gòu)，消除助色基團或防止助色基團和發(fā)色基團之間的聯(lián)合等途徑來實現(xiàn)。目前紙漿的漂白，無論是使用氧化性漂白劑還是使用還原性漂白劑，都是以上述理論為基礎(chǔ)的。[3]

高得率紙漿的漂白屬于“保留木素式漂白”，即在不脫除木素的條件下，改變或破壞紙漿中屬于醒結(jié)構(gòu)、酚類、撥基或碳碳雙鍵等結(jié)構(gòu)的發(fā)色基團，減少其吸光性，增加紙漿的反射能力。這類漂白僅改變發(fā)色基團結(jié)構(gòu)而不是溶出木素，漂白漿得率的損失很小。高得率漿的漂白方法主要有兩種：氧化漂白和還原漂白。氧化性漂劑有過氧化氫、過醋酸、臭氧等。還原性漂劑有亞硫酸氫鹽、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉等。但由于漂劑成本和漂白效果等原因，目前僅有過氧化氫和連二亞硫酸鈉兩種漂劑在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。

堿性H2O2漂白技術(shù)廣泛用于各類機械漿的漂白。特別是紙漿的白度要求較高時，堿性H2O2漂白比其他漂白技術(shù)更為經(jīng)濟有效。H2O2漂白一般比較溫和，對木素及其他木材組分的脫除作用較小，所以對機械漿的得率影響較小。過氧化氫是一種弱氧化劑，它與木素的反應(yīng)主要是與木素側(cè)鏈上的撥基和雙鍵反應(yīng)，使其氧化，改變結(jié)構(gòu)或?qū)?cè)鏈碎解。過氧化氫還能與木素苯環(huán)結(jié)構(gòu)單元反應(yīng)。木素是機械漿的主要發(fā)色源，其發(fā)色基團以酮式結(jié)構(gòu)為主。木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)是無色的，但在蒸煮過程形成各種酮式結(jié)構(gòu)后，就變成有色體。因此，過氧化氫與木素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的反應(yīng)，實際上就是破壞酮式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，使其變?yōu)闊o色的其他結(jié)構(gòu)，導致苯環(huán)氧化開裂最后形成一系列的二元羧酸和芳香酸。[4]

本實驗教學單元對原有的氯氣、次氯酸鹽等含氯漂白技術(shù)進行改革，以適應(yīng)國家環(huán)境保護發(fā)展要求，開發(fā)氧氣、連二亞硫酸鈉、雙氧水等對環(huán)境友好的制漿漂白實驗技術(shù)。為豐富實驗教學內(nèi)容，提高學生實驗操作能力，增加擠壓設(shè)備、高濃磨漿設(shè)備，對部分陳舊的國產(chǎn)設(shè)備進行改造或替換為代表行業(yè)實驗最先進的進口設(shè)備，如蒸煮設(shè)備、打漿設(shè)備、紙張抄造設(shè)備，融入本科實驗教學體系。

高得率漿漂白實驗是輕化工程專業(yè)高得率制漿造紙實驗教學改革的一個重要的工藝實驗，通過該實驗課的教學，使學生熟練掌握一些基本的分析實驗技能，如滴定、藥液配制、高得率漂白工藝設(shè)計，并掌握一些常規(guī)分析儀器和設(shè)備的使用，以及培養(yǎng)善于分析問題和解決問題的工作能力。使學生具備初步科學實驗的方法和能力以及嚴格的科學作風，達到進一步理解和鞏固理論課所傳授知識的目的。

四、結(jié)論

制漿漂白技術(shù)是輕化工程專業(yè)本科生的重要實驗教學環(huán)節(jié)。將高得率制漿漂白引入實驗教學環(huán)節(jié)不僅對高得率制漿漂白工藝的學習有密切地關(guān)系，而且對學生從事制漿造紙領(lǐng)域的研究工作能發(fā)揮十分重要的作用。我們一方面要通過改革培養(yǎng)方案增加課時數(shù)，另一方面要充分利用好現(xiàn)有的課時數(shù)，使學生在有限的課時數(shù)內(nèi)圓滿完成必須的教學環(huán)節(jié)，提高教學效果。廣西大學輕工與食品工程學院輕化工程系將是國內(nèi)同類學校中首例將高得率制漿漂白技術(shù)融于本科實驗教學的高校，寫入教學大綱，以后每年都將高得率制漿漂白技術(shù)與原有的化學制漿漂白實驗課程同時向本科生開出，由學生自主選擇設(shè)計實驗內(nèi)容，可豐富實驗教學內(nèi)容，提高學生實驗操作能力。結(jié)合教師承擔的相關(guān)研究課題，通過開設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實驗，不僅能發(fā)揮好學生的主觀能動性，收到良好的教學效果，而且能為教師分擔科研工作，達到一舉兩得的目的。

參考文獻：

[1]宋雪萍，覃程榮，李許生，等.預(yù)提取和高得率制漿技術(shù)在制漿造紙實驗教學中的應(yīng)用建設(shè)[J].輕工科技，2012，158（1）：131-133

[2]聶青，劉智，邱先琴.提高植物纖維化學實驗課教學效果的體會[J].湖北造紙，2012，（2）：32-34.

[3]邱先琴，孫鳳蘭，聶青，等.制漿造紙工程專業(yè)實驗教學改革探索[J].湖北造紙，2011，（2）：48-50.

[4]陳曉華.速生材CTMP制漿及漂白過程中的發(fā)色系統(tǒng)研究[D].北京林業(yè)大學，2010.

基金項目：新世紀廣西高等教育教學改革工程“十一五”第五批立項項目（2009B003），《制漿造紙實驗技術(shù)》實驗教學改革與實踐（2013JGB109）。

作者簡介：衛(wèi)威（1982-），男，漢族，遼寧沈陽市人，實驗師。endprint