高得率制浆漂白技术在轻化工程本科实验教学中的应用建设

卫威，覃程荣，周敬红，宋雪萍

摘要：制浆漂白技术是轻化工程专业的本科生的重要实验教学环节，将高得率制浆漂白引入实验教学环节不仅对高得率制浆漂白工艺的学习有密切的关系，而且对学生从事制浆造纸领域的研究工作能发挥十分重要的作用。

关键词：高得率制浆；漂白；轻化工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0186-02

一、引言

广西大学制浆造纸工程专业始创于1978年。是广西区内高校中唯一的制浆造纸工程本科专业。1998年在原制浆造纸工程、皮革工程、染整工程的基础上更名为“轻化工程专业”。1995年开始招收硕士生，1999年获得硕士点，2005年获得了广西高校博士点建设专项经费的支持。2007年轻化工程专业获广西自治区级优质专业，2008年获国家特色专业。专业主干课程“制浆工艺学”2008年入选广西自治区级精品课程。学科实验条件不断完善，制浆造纸实验室在广西大学自治区级实验室评估中荣获一等奖；恒温恒湿纸张物理检验实验室获得了国家气象计量站ISO认证；先后建立制浆造纸中试、纸杯中试、纸浆模塑制品中试、废水UMAR处理中试、废水Fenton中试等实验室。这为培养学生理论联系实际的能力、锻炼实际动手能力创造了优良的物质条件。轻化工程学科是一门实践性很强的学科，学科实验是帮助学生学好专业理论知识的必要环节和有效途径。专业实验教学是轻化工程专业学生专业理论知识和专业技能培养中的重要组成部分，是学生从基础理论向实践过渡的桥梁。实验能力的高低直接反映了学生的思维能力和动手能力，对学生今后从事制浆造纸专业工作具有不可替代的作用。我校制浆造纸专业开设了植物纤维化学实验技术、制浆造纸实验技术、造纸湿部化学与化学品的应用等实验课程。

二、建设背景

制浆造纸技术工业化的主导工艺制浆可以分为三类：化学制浆、机械制浆和化学机械制浆，后两类属于高得率制浆，原材料利用率高。目前，全国所有轻化工程专业本科实验课程只开设化学制浆内容，均没有开设高得率制浆相关内容的实验课程，导致有些同学毕业找工作以及到高得率制浆工厂工作后受到一些限制。这是由于近百年来化学制浆在国内外均占主导地位，目前占制浆总量的80%左右，但是高得率制浆由于其具备特有的优势而得到大力发展，成为今后发展趋势之一。[2]我院承担的“高配比竹浆生产高档新闻纸的研制与开发”项目以广西丰富的竹子资源为原料，通过开发系列低污染、高得率制浆漂白新技术，生产高档彩色胶印新闻纸。该技术成果达到国内领先水平，获2005年度广西科技进步二等奖，并已成功应用于广西柳江造纸厂。该项目的产业化有利于加快西部地区的竹子产业化进程，保护我国的森林资源和生态环境，具有显著的经济效益和社会效益。为了拓宽学生的知识面及就业面，我校于2010年将生物质精炼以及高得率制浆造纸技术引入轻化工程实验教学中，使学生了解前沿性研究以及当前的制浆发展趋势，实现“人无我有”的特色优势。将高得率制浆造纸新技术融入轻化工程专业本科生实验教学平台，能使轻化工程专业本科生毕业生掌握高得率制浆造纸技术，为广西制浆造纸产业的发展发挥应有的贡献。

三、建设内容

本实验教学单元设置为综合设计性实验，实验内容的设计由学生自己通过查阅资料拟定漂白目标白度，设计漂白工艺条件，由老师检查工艺条件合理性后，分组完成实验，并通过综合分析实验结果得出实验心得。了解漂白时间、温度及漂白流程对纸浆白度的影响，掌握目标与工艺调整方案，着重培养学生漂白组合功效和理解能力。本项目具有较大的柔性和灵活性，体现学生的主体地位和教师的主导作用，充分发挥学生的自主能动性。通过建设丰富了实验内容，增加了实验的自由度，能更大程度的调动学生实验的积极性。

纸浆的漂白是化学药品作用于纤维中化学成分的过程，其主要目的是提高纸浆的白度和白度稳定性，改善纸浆的物理化学性质，纯化纸浆，以及提高纸浆的洁净度。由于木素大分子含有不同的发色基团以及发色基团与发色基团之间和发色基团与助色基团之间的各种可能的联合，构成复杂的发色体系，形成宽阔的吸收光带，因此，从理论上来说，有色物质的脱色或者说漂白是通过阻止发色基团间的共扼，改变发色基团的化学结构，消除助色基团或防止助色基团和发色基团之间的联合等途径来实现。目前纸浆的漂白，无论是使用氧化性漂白剂还是使用还原性漂白剂，都是以上述理论为基础的。[3]

高得率纸浆的漂白属于“保留木素式漂白”，即在不脱除木素的条件下，改变或破坏纸浆中属于醒结构、酚类、拨基或碳碳双键等结构的发色基团，减少其吸光性，增加纸浆的反射能力。这类漂白仅改变发色基团结构而不是溶出木素，漂白浆得率的损失很小。高得率浆的漂白方法主要有两种：氧化漂白和还原漂白。氧化性漂剂有过氧化氢、过醋酸、臭氧等。还原性漂剂有亚硫酸氢盐、连二亚硫酸钠、硼氢化钠等。但由于漂剂成本和漂白效果等原因，目前仅有过氧化氢和连二亚硫酸钠两种漂剂在工业上大规模应用。

碱性H2O2漂白技术广泛用于各类机械浆的漂白。特别是纸浆的白度要求较高时，碱性H2O2漂白比其他漂白技术更为经济有效。H2O2漂白一般比较温和，对木素及其他木材组分的脱除作用较小，所以对机械浆的得率影响较小。过氧化氢是一种弱氧化剂，它与木素的反应主要是与木素侧链上的拨基和双键反应，使其氧化，改变结构或将侧链碎解。过氧化氢还能与木素苯环结构单元反应。木素是机械浆的主要发色源，其发色基团以酮式结构为主。木素结构单元苯环是无色的，但在蒸煮过程形成各种酮式结构后，就变成有色体。因此，过氧化氢与木素结构单元苯环的反应，实际上就是破坏酮式结构的反应，使其变为无色的其他结构，导致苯环氧化开裂最后形成一系列的二元羧酸和芳香酸。[4]

本实验教学单元对原有的氯气、次氯酸盐等含氯漂白技术进行改革，以适应国家环境保护发展要求，开发氧气、连二亚硫酸钠、双氧水等对环境友好的制浆漂白实验技术。为丰富实验教学内容，提高学生实验操作能力，增加挤压设备、高浓磨浆设备，对部分陈旧的国产设备进行改造或替换为代表行业实验最先进的进口设备，如蒸煮设备、打浆设备、纸张抄造设备，融入本科实验教学体系。

高得率浆漂白实验是轻化工程专业高得率制浆造纸实验教学改革的一个重要的工艺实验，通过该实验课的教学，使学生熟练掌握一些基本的分析实验技能，如滴定、药液配制、高得率漂白工艺设计，并掌握一些常规分析仪器和设备的使用，以及培养善于分析问题和解决问题的工作能力。使学生具备初步科学实验的方法和能力以及严格的科学作风，达到进一步理解和巩固理论课所传授知识的目的。

四、结论

制浆漂白技术是轻化工程专业本科生的重要实验教学环节。将高得率制浆漂白引入实验教学环节不仅对高得率制浆漂白工艺的学习有密切地关系，而且对学生从事制浆造纸领域的研究工作能发挥十分重要的作用。我们一方面要通过改革培养方案增加课时数，另一方面要充分利用好现有的课时数，使学生在有限的课时数内圆满完成必须的教学环节，提高教学效果。广西大学轻工与食品工程学院轻化工程系将是国内同类学校中首例将高得率制浆漂白技术融于本科实验教学的高校，写入教学大纲，以后每年都将高得率制浆漂白技术与原有的化学制浆漂白实验课程同时向本科生开出，由学生自主选择设计实验内容，可丰富实验教学内容，提高学生实验操作能力。结合教师承担的相关研究课题，通过开设综合性和创新性实验，不仅能发挥好学生的主观能动性，收到良好的教学效果，而且能为教师分担科研工作，达到一举两得的目的。

参考文献：

[1]宋雪萍，覃程荣，李许生，等.预提取和高得率制浆技术在制浆造纸实验教学中的应用建设[J].轻工科技，2012，158（1）：131-133

[2]聂青，刘智，邱先琴.提高植物纤维化学实验课教学效果的体会[J].湖北造纸，2012，（2）：32-34.

[3]邱先琴，孙凤兰，聂青，等.制浆造纸工程专业实验教学改革探索[J].湖北造纸，2011，（2）：48-50.

[4]陈晓华.速生材CTMP制浆及漂白过程中的发色系统研究[D].北京林业大学，2010.

基金项目：新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第五批立项项目（2009B003），《制浆造纸实验技术》实验教学改革与实践（2013JGB109）。

作者简介：卫威（1982-），男，汉族，辽宁沈阳市人，实验师。endprint