马尾松溶解浆硫酸盐皂中粗塔尔油的高效分离

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马尾松硫酸盐溶解浆制浆过程中,使用传统分离工艺,难以将粗塔尔油从硫酸盐皂中高效地分离出来。因此,本论文以马尾松预水解硫酸盐法溶解浆硫酸盐皂为原料,对其进行成分分析,并对传统塔尔油分离工艺进行改良和完善;采用改良后的工艺对马尾松溶解浆硫酸盐皂中的粗塔尔油进行高效地分离提取,探讨得出最佳分离工艺参数,应用气质联用色谱(GC-MS)对得到的粗塔尔油样品进行成分检测,同时对马尾松溶解浆硫酸盐皂中粗塔尔油的分离机理进行初步探讨。首先,系统分析检测经蒸发浓缩的马尾松预水解硫酸盐法溶解浆硫酸盐皂的主要成分。实验结果表明:马尾松预水解硫酸盐法溶解浆硫酸盐皂较传统蒸煮废液的残碱含量偏高,固形物含量偏高,且该原料体系成分更为复杂,除主体成分硫酸盐皂外,还夹杂了一些其他成分。这些成分主要包括蒸煮过程中脱除的木素、半纤维素解聚的小分子糖、残留纤维以及蒸煮过程中残留的无机盐等。确定这些成分的含量,可间接得到该原料中所含粗塔尔油的理论含量,为后续粗塔尔油提取率的计算提供数据支持。其次,结合马尾松预水解硫酸盐法溶解浆硫酸盐皂的特点,在传统分离工艺的基础上进行改良和完善,改良后的分离工艺主要包括洗涤和酸化两段。洗涤工艺又分为一次洗涤与二次洗涤。实验结果表明,粗塔尔油的提取率与洗涤剂氢氧化钠、硫酸钠用量以及洗涤过程中的搅拌速率和酸化试剂用量有着密切的关系。在一定范围内,随着洗涤剂用量的增加,粗塔尔油的提取率不断增加。洗涤过程中,搅拌装置的速率对粗塔尔油的提取率有极大的影响,搅拌速度越大,粗塔尔油的提取率越高;但超过一定速率后,粗塔尔油的提取率趋于平稳,不再随速率的增加而增加。酸化工艺采用质量分数为30%的稀硫酸(H2SO4)溶液作为酸化剂,当反应体系中的pH值达到3时,酸化完成,100℃水浴反应3 h后,即可分离得到粗塔尔油产品。再次,采用改良后的分离工艺对硫酸盐皂中的粗塔尔油进行高效地分离提取,并对分离出来的粗塔尔油试样进行成分分析,同时采用气质联用色谱(GC-MS)对其成分进行检测。结果表明:采用改良后的工艺分离粗塔尔油的提取率高达94%左右,达到了高效分离的目的;GC-MS分析结果表明分离提取得到的油相混合物是粗塔尔油,其样品成分主要包括树脂酸、脂肪酸和中性不皂化物三大部分。最后,针对马尾松溶解浆硫酸盐皂中粗塔尔油的分离机理进行初步探讨。通过分析体系中半纤维素和碱木素对粗塔尔油分离的影响,认为粗塔尔油的难分离是多重机理交互作用的结果。溶解浆硫酸盐皂中木质素的分子量明显降低,亲水性增加;废液体系中的树脂成分具有较高的Zeta电位,半纤维素多糖小分子增加了碱皂成分的稳定性,这些因素均造成原料体系中粗塔尔油难以分离。在改良分离工艺中,碱性条件下硫酸钠可以压缩碱皂成分的双电层结构,促使其稳定性变差,同时通过机械搅拌产生的额外剪切力场及气泡的捕捉作用导致原有胶体体系失稳,塔尔油碱皂得以沉积析出,达到高效分离的目的。
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