膠體滴定技術比較聚合氯化鋁和硫酸鋁性能
實驗原料與方法
原料
漂白麥草漿: 取河北省某紙廠, 打漿度為43 - 45bSR。
硫酸鋁: 分析純試劑。
聚氯化鋁: 唐山東昌化工制品有限公司, Al2O3含量為29% , 硫化度為52%。
陰離子分散松香膠: 天津奧東化工有限公司, 松香膠固含量為49% , 游離松香含量大于99%。
實驗方法
利用膠體滴定技術分析紙料的電荷特征 , 測定紙料的可溶陽電荷需求量、表面陰電荷需求量和表面陽電荷需求量, 膠體滴定比率( Colloid Titration Ratio, 簡寫CRT) 是表面陰電荷需求量與表面陽電荷需求量的比值, 該比值指出體系是/ 純陰電性0 還是/ 純陽電性0。若CRT> 1, 則試樣為陽性, 若CRT < 1, 試樣為陰性, CRT= 1, 試樣為中性。
利用動態濾水儀( Dynamic Drainage Jar) 測定一次留著率 , 添加1. 0%分散松香膠和20% 滑石粉。在肖式打漿度儀上測定打漿度。
施膠時, 依次添加1. 0% 分散松香膠, 聚氯化鋁或硫酸鋁( 用量均為Al2O30. 8% ) , 1% 兩性淀粉, 20% 滑石粉。采用液體滲透法, 按國標( GB5405- 85) 規定的方法進行施膠度測定。
隨著鋁鹽用量的增加, 紙漿懸浮液的pH 值降低, 但聚氯化鋁對pH 值的影響非常小, 而硫酸鋁的加入使pH 值下降很多。因此, 在用作施膠沉淀劑和陰離子雜質捕集劑時, 聚氯化鋁表現出比硫酸鋁更好的性能, 更能適應中堿性造紙的趨勢。
硫酸鋁和聚氯化鋁對紙漿懸浮液電導率的影響
硫酸鋁和聚氯化鋁的用量增加, 漿料懸浮液的可溶陽電荷需求量隨之降低, 并由正值變為負值。這說明紙漿中溶解的陰電荷被加入的陽電荷所中和, 硫酸鋁和聚氯化鋁是良好的陰離子雜質捕集劑。而兩者相比較, 聚氯化鋁增強紙漿正電性的能力更強。但是在實際應用中, 聚氯化鋁的添加量必須得到有效控制, 否則它造成的陽電荷在白水中的積累會比硫酸鋁嚴重。
硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮液表面陰電荷需求量的影響
纖維表面陰電荷需求量隨鋁鹽用量的增加而逐漸增大。說明加入的陽電荷有相當多的部分吸附于纖維表面, 使纖維表面的陽電荷大幅度增加, 這與施膠機理相符合。用聚氯化鋁處理紙漿, 在相同的用量下, 纖維表面陰電荷需求量增加得更多, 這表明聚氯化鋁攜帶了更多的正電荷
結果與討論
硫酸鋁和聚氯化鋁對紙漿懸浮液pH 值的影響
隨著鋁鹽用量的增加, 紙漿懸浮液的pH 值降低, 但聚氯化鋁對pH 值的影響非常小, 而硫酸鋁的加入使pH 值下降很多。因此, 在用作施膠沉淀劑和陰離子雜質捕集劑時, 聚氯化鋁表現出比硫酸鋁更好的性能, 更能適應中堿性造紙的趨勢。
硫酸鋁和聚氯化鋁對紙漿懸浮液電導率的影響
在紙漿懸浮液中加入硫酸鋁和聚氯化鋁, 會使電導率升高, 當加入的量相同時, 硫酸鋁使電導率升高的幅度更大。
硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿電荷密度的影響
1、硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮可溶陽電荷需求量的影響
硫酸鋁和聚氯化鋁的用量增加, 漿料懸浮液的可溶陽電荷需求量隨之降低, 并由正值變為負值。這說明紙漿中溶解的陰電荷被加入的陽電荷所中和, 硫酸鋁和聚氯化鋁是良好的陰離子雜質捕集劑。而兩者相比較, 聚氯化鋁增強紙漿正電性的能力更強。但是在實際應用中, 聚氯化鋁的添加量必須得到有效控制, 否則它造成的陽電荷在白水中的積累會比硫酸鋁嚴重。
2、硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮液表面陰電荷需求量的影響
纖維表面陰電荷需求量隨鋁鹽用量的增加而逐漸增大。說明加入的陽電荷有相當多的部分吸附于纖維表面, 使纖維表面的陽電荷大幅度增加, 這與施膠機理相符合。用聚氯化鋁處理紙漿, 在相同的用量下, 纖維表面陰電荷需求量增加得更多, 這表明聚氯化鋁攜帶了更多的正電荷, 因此比硫酸鋁更加有效。
3、 硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮液表面陰電荷需求量需求量的影響
膠體滴定測得的硫酸鋁和聚氯化鋁對紙漿懸浮液表面陽電荷需求量的影響是不同的。聚氯化鋁的加入量增加, 表面陽電荷需求量減少, 這是因為加入的正電荷與纖維表面的陰電荷發生了反應。而隨著硫酸鋁加入量的增加, 膠體滴定測得的表面陽電荷需求量卻增加, 出現這種結果的原因是, 在利用膠體滴定電荷密度時, 采用了反滴定的方法, 反滴定的操作中先加入的P-DADMAC, 置換出吸附于纖維表面的部分鋁離子, 標準陽離子聚合電解質消耗增多, 使測得的結果增大。而且, 膠體滴定受金屬離子的影響較大, 在溶液中, 金屬離子對聚合電解質上的電荷有遮蔽作用, 金屬離子的價鍵數越高, 影響越大。
1、在紙漿懸浮液中加入硫酸鋁和聚氯化鋁, 會使電導率升高, 當加入的量相同時, 硫酸鋁使電導率升高的幅度更大。
2、硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮可溶陽電荷需求量的影響此比硫酸鋁更加有效。
3、 硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮液表面陰電荷需求量需求量的影響
膠體滴定測得的硫酸鋁和聚氯化鋁對紙漿懸浮液表面陽電荷需求量的影響是不同的。聚氯化鋁的加入量增加, 表面陽電荷需求量減少, 這是因為加入的正電荷與纖維表面的陰電荷發生了反應。而隨著硫酸鋁加入量的增加, 膠體滴定測得的表面陽電荷需求量卻增加, 出現這種結果的原因是, 在利用膠體滴定電荷密度時, 采用了反滴定的方法, 反滴定的操作中先加入的P-DADMAC, 置換出吸附于纖維表面的部分鋁離子, 標準陽離子聚合電解質消耗增多, 使測得的結果增大。而且, 膠體滴定受金屬離子的影響較大, 在溶液中, 金屬離子對聚合電解質上的電荷有遮蔽作用, 金屬離子的價鍵數越高, 影響越大。
4、硫酸鋁和聚氯化鋁用量對紙漿懸浮液膠體滴定比率( CTR) 的影響
膠體滴定比率反映了體系的電性, 由圖6 所示, 隨著鋁鹽用量增加, CRT 逐漸增大, 并由小于1 到大于1, 體系的電性由陰性變成陽性。相比較而言, 硫酸鋁對CRT 的影響要小一些, 這除了因為硫酸鋁處理的漿料表面陰電荷需求量增加的幅度較小外, 主要是由于膠體滴定測得的表面陽電荷需求量增加了。
pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁的紙漿電荷密度的影響
pH 值對硫酸鋁的水解影響很大, 進而影響了硫酸鋁在造紙過程中的使用, 而聚氯化鋁是作為中性、堿性造紙中硫酸鋁的替代物被開發利用的, 因此有必要考察它們在不同pH 值下對紙漿電荷密度的影響。聚氯化鋁和硫酸鋁的用量均為 0. 8%( 以Al2O3 計) 。
1、 pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁的紙漿可溶陽電荷需求量的影響
pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁的紙漿可溶陽電荷需求量的影響非常小, 可以忽略。
2、pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁的紙漿表面陰電荷需求量的影響
pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁紙漿的表面陰電荷需求量的影響有很大差別。硫酸鋁處理的紙漿, 表面陰電荷需求量隨pH 值的增加而減小, 這一結果證實了硫酸鋁的電離受pH 值的影響很大, 隨著pH 值的增加, 硫酸鋁攜帶陽電荷量減少。與之相反, 添加聚氯化鋁的紙漿, 其表面陰電荷需求量隨pH 值的增加而增加, 這與未加任何助劑的紙漿懸浮液, 表面陰電荷需求量隨pH 值的變化趨勢相同。
3、pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁紙漿的表面陽電荷需求量的影響
圖9 可見, 添加硫酸鋁和聚氯化鋁紙漿的表面陽電荷需求量都隨著pH 值的增加而增大, 這與紙漿懸浮液表面陽電荷需求隨pH 值的變化趨勢相同, 是由纖維表面的羧基等陰電荷的電離隨pH 值的增大而增加所引起的。但可以發現, 添加聚合聚合鋁的紙漿, 表面陽電荷需求量增加的趨勢要比添加硫酸鋁的紙漿小得多, 這同樣是因為聚氯化鋁所帶陽電荷量受pH 值影響較小。
4、 pH 值對添加硫酸鋁和聚氯化鋁紙漿的
硫酸鋁和聚氯化鋁施膠效果的比較
在其它條件相同時, pH 值低于5. 5, 硫酸鋁和聚氯化鋁的施膠效果接近, pH 值更低時硫酸鋁甚至優于聚氯化鋁。隨著pH 值的升高, 硫酸鋁的施膠效果下降很多, 雖然聚氯化鋁的施膠效果也降低, 但比較起來, 施膠度要高得多。因此, 硫酸鋁只適合在低pH 值的酸性范圍內應用, 而聚氯化鋁的適用范圍更寬。酸鋁的助留效果略好于聚氯化鋁, 隨著pH 值的升高, 一次留著率下降, 硫酸鋁的助留作用降低很多, 聚氯化鋁也有所降低, 但幅度要小于硫酸鋁。
硫酸鋁和聚氯化鋁助留濾效果的比較
1、 鋁鹽用量增加, 一次留著率增加, 這種趨勢對于硫酸鋁和聚氯化鋁是相同的, 在相同用量的條件下, 聚氯化鋁的助留效果略優于硫酸鋁, 但差別不大。
在pH 值低于6 時, 硫酸鋁和聚氯化鋁的助留作用相近, pH= 5 時, 硫CT R 的影響從圖10 可以看出, 添加硫酸鋁的紙漿, 膠體滴定比率隨pH 值的增加而降低, 而添加聚氯化鋁的紙漿, 膠體滴定比率隨pH 值的增加而增加, 造成兩者之間差別的是表面陰電荷需求量隨pH 值變化趨勢的不同。
2、硫酸鋁和聚氯化鋁助濾效果的比較
隨鋁鹽用量的增加, 打漿度逐漸降低, 而且聚氯化鋁對濾水性的改善優于硫酸鋁, 硫酸鋁在用量不高時, 助留作用不明顯。