造纸白水中DCS与Ca2 形成干扰物的历程机理及化学控制研究开题报告

1. 研究目的与意义

造纸行业是一个对水资源依赖程度非常高的行业，新鲜用水量提高会使造纸的成本提高，废水的排放量提高则会对环境造成极为恶劣的影响，因此减少新鲜水使用量及废水排放量是当下造纸行业的必然发展趋势，而采用白水封闭循环是实现这一目标的有效措施。然而随着白水循环程度的提高，白水系统中的溶解与胶体物质（DCS）和无机电解质不断富集，从而恶化造纸湿部环境，使一些阳离子造纸助剂失效，并且严重影响造纸生产过程及成纸质量，限制了白水系统的全封闭循环。一般情况下，DCS稳定分散于浆水体系中，但其易因外界操作条件变化或与Ca2 等金属离子作用，而失稳发生聚集或形成难电离的胶黏物和沉积物，从而失去负电性，即使高阳电荷密度的固着剂也无法将其吸附并转移出湿部系统，这也正是目前造纸行业胶黏物问题仍无法得以根治的关键。因此，研究造纸白水系统中DCS干扰物的形成历程和机理，并据此控制湿部化学参数对其进行控制消除，对实现造纸清洁生产具有理论指导意义。

2. 国内外研究现状分析

造纸白水经封闭循环后，白水中的溶解和胶体物质（dcs）不断累积。研究表明，dcs的主体是无机电解质和有机抽出物，其中有机抽出物一般带负电荷，所以又称它们为阴离子垃圾。白水中的dcs受金属离子的影响易失稳并且发生沉淀。francis研究发现白水中的dcs会恶化造纸湿部环境，造成纸机运行性能下降、成纸质量降低。王晶晶等人研究发现造纸白水中的dcs会影响微粒及纤维的留着，延长网部的脱水时间，而且会影响化学助剂的应用效果和纸机的运行性能，进而影响成纸质量。

白水中dcs的主要构成已经有许多人进行了研究。陈晨、王晶晶等人研究发现封闭循环程度较高的文化纸厂生产线白水系统中的dcs主要来源于涂布损纸回用所释放的胶乳，以及造纸过程中添加的消泡剂、分散剂、助留剂、杀菌剂、毛毯保洁剂、荧光增白剂、表面施胶剂等化学助剂的失效或水解产物，白水中dcs的粒径主要分布在500～4000nm，且1000nm左右的占绝大部分，类似胶体范畴。张春辉、詹怀宇等人研究发现dcs中的碳水化合物主要是半乳糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸等单元。

白水中的dcs易因外界操作条件变化而失稳或形成沉积，恶化造纸湿部环境，所以对dcs稳定性的研究十分重要。rolandlee通过研究不同金属离子对dcs表面电荷的吸附情况，发现na2 作用下dcs趋于稳定，而ca2 作用下dcs稳定性降低。张春辉等对dcs稳定性研究发现，h2o2漂白过程中释放出的酸性物质能与ca2 反应生成干扰物，dcs的稳定性降低，碱性过氧化氢漂白使得中性糖单元浓度增大，有利于胶体物质的稳定，但同时还释放出大量的聚半乳糖醛酸物质，加速胶体物质与ca2 的絮聚，不利于体系的稳定。

3. 研究的基本内容与计划

内容：（1）造纸白水中dcs模拟物的制备及性质表征。根据本课题组成员研究成果，选取松香酸钠、硬脂酸钠分别模拟造纸白水系统中的树脂酸、脂肪酸类胶体性物质（cs），聚丙烯酸钠模拟常用造纸分散剂流失在白水中形成的溶解性物质（ds），制备以上模拟物并按质量比1:1:1混合制备成dcs模拟物。分析dcs模拟物的粒径、浊度、zeta电位、cd值。

（2）dcs与ca2 形成干扰物的历程及机理。运用粒度仪、微电泳、浊度测定、显微镜观察等方法，在不同ca2 浓度条件下，探讨白水中的dcs由游离态发展为黏性干扰物的历程与机理。

（3）dcs的化学控制及其对湿部特性的影响。根据第二部分实验结果，控制ca2 浓度至某一范围内，测定pei固着剂在不同添加量下对dcs的控制效果及对湿部浆料滤水速度、白水阳离子需求量、白水浊度等参数的影响。为实际生产中dcs的控制与消除技术提供理论指导。

4. 研究创新点

（1）以往对于DCS特性的研究多是基于商品模拟物，或浆料悬浮液制得的模拟白水中的DCS，而实际生产过程中的DCS成分复杂。本课题依据项目组成员对实际白水中DCS来源的分析结果，采用具有代表性的DCS模拟物，贴合生产实际情况，针对性强。（2）国内外对DCS在不同条件下的沉积量及稳定性已有相关研究，但对DCS在不同阶段的聚集形态及由游离态逐步发展成为黏性干扰物的发展历程及机理，本领域的相关报道极少。