Отбеливание представляет собой многоэтапный процесс, который очищает и осветляет сырую целлюлозу. Цель состоит в том, чтобы растворить (химическая целлюлоза) или модифицировать (механическая целлюлоза) лигнин коричневого цвета, который не был удален во время варки целлюлозы, сохраняя при этом целостность волокон целлюлозы. Мельница производит целлюлозу по индивидуальному заказу, варьируя порядок, концентрацию и время реакции отбеливающих агентов.
Каждая стадия отбеливания определяется отбеливающим агентом, pH (кислотностью), температурой и продолжительностью (таблица 1). После каждого этапа отбеливания целлюлоза может быть промыта щелочью для удаления отработанных отбеливающих химикатов и растворенного лигнина, прежде чем она перейдет к следующему этапу. После последней стадии целлюлоза прокачивается через серию сит и очистителей для удаления любых загрязнений, таких как грязь или пластик. Затем его концентрируют и отправляют на хранение.
Таблица 1. Отбеливатели и условия их применения
|
Символ |
Концентрация |
pH |
Последовательность* |
Температура |
Время (ч) |
|
|
Хлор (Cl2) |
C |
2.5-8 |
2 |
3 |
20-60 |
0.5-1.5 |
|
Гидроксид натрия (NaOH) |
E |
1.5-4.2 |
11 |
10-12 |
1-2 |
|
|
Диоксид хлора (ClO2) |
D |
~1 |
0-6 |
10-12 |
60-75 |
2-5 |
|
Гипохлорит натрия (NaOCl) |
H |
1-2 |
9-11 |
10-12 |
30-50 |
0.5-3 |
|
Кислород (O2) |
O |
1.2-1.9 |
7-8 |
25-33 |
90-130 |
0.3-1 |
|
Перекись водорода (H2O2) |
P |
0.25 |
10 |
12 |
35-80 |
4 |
|
Озон (O3) |
Z |
0.5-3.5 |
2-3 |
35-55 |
20-40 |
|
|
Кислотная промывка (SO2) |
A |
4-6 |
1.8-5 |
1.5 |
30-50 |
0.25 |
|
Дитионит натрия (NaS2O4) |
Y |
1-2 |
5.5-8 |
4-8 |
60-65 |
1-2 |
* Концентрация клетчатки в водном растворе.
Исторически сложилось так, что наиболее распространенная последовательность отбеливания, используемая для производства товарной беленой сульфатной целлюлозы, основана на пятистадийном процессе CEDED (определение символов см. в таблице 1). Первые две стадии отбеливания завершают процесс делигнификации и считаются продолжением варки целлюлозы. Из-за экологических опасений по поводу хлорированных органических соединений в сточных водах целлюлозных заводов многие заводы заменяют диоксид хлора (ClO2) на часть хлора (Cl2), используемые на первой стадии отбеливания (CDЭДЭД) и использовать кислород (O2) предварительная обработка во время первой экстракции щелочью (CDEOДЭД). Текущая тенденция в Европе и Северной Америке заключается в полной замене ClO.2 (например, DEDED) или устранение обоих Cl2 и ClO2. Где ClO2 используется диоксид серы ( SO2) добавляется на заключительном этапе промывки в качестве «антихлора», чтобы остановить ClO2 реакцию и контролировать рН. Недавно разработанные последовательности отбеливания без хлора (например, OAZQP, OQPZP, где Q = хелатирование) используют ферменты, O2, озон (О3), перекись водорода (H2O2), надкислоты и хелатирующие агенты, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА). К 1993 году на восьми фабриках по всему миру было принято отбеливание без использования хлора. Поскольку эти новые методы исключают этапы кислотного отбеливания, кислотная промывка является необходимым дополнением к начальным этапам крафт-отбелки, позволяющим удалить металлы, связанные с целлюлозой.
Сульфитную целлюлозу обычно легче отбеливать, чем крафт-целлюлозу, из-за более низкого содержания в ней лигнина. Короткие последовательности отбеливания (например, CEH, DCEHD, P, HP, EPOP) можно использовать для большинства сортов бумаги. Для растворимой сульфитной целлюлозы, используемой в производстве искусственного шелка, целлофана и т. д., удаляются как гемицеллюлоза, так и лигнин, что требует более сложных последовательностей отбеливания (например, C1C2ЭХДА). Окончательная промывка кислотой предназначена как для контроля металлов, так и для защиты от хлора. Нагрузка сточных вод для растворимой сульфитной целлюлозы намного больше, потому что потребляется очень много сырой древесины (типовой выход 50%) и используется больше воды.
Термин подсветка используется для описания отбеливания механической и другой высокопродуктивной целлюлозы, поскольку они отбеливаются путем разрушения хромофорных групп без растворения лигнина. Осветляющие агенты включают H2O2 и/или гидросульфит натрия (NaS2O4). Исторически сложилось так, что гидросульфит цинка (ZnS2O4) широко использовался, но был в значительной степени устранен из-за его токсичности в сточных водах. Перед отбеливанием добавляют хелатирующие агенты, чтобы нейтрализовать любые ионы металлов, тем самым предотвращая образование окрашенных солей или разложение H2O2. Эффективность механического отбеливания целлюлозы зависит от породы древесины. Твердые породы (например, тополь и тополь) и мягкие породы (например, ель и бальзам) с низким содержанием лигнина и экстрактивных веществ могут быть отбелены до более высокого уровня белизны, чем более смолистые сосна и кедр.