楊懋暹

（中國造紙學會）

一項可開發(fā)草類纖維綠色制漿的高新技術

楊懋暹

（中國造紙學會）

什么是可開發(fā)綠色制漿的高新技術？就是上世紀80年代在國際上新開發(fā)的高強氧化技術，英文名為Adverced Oxidation proceses簡稱AOP，這項高科技的具體內涵就是自由基技術。早在上世紀三四十年代，科學家就發(fā)現(xiàn)了一種高氧化物質，其壽命非常短，只有0.1秒，后通過實驗，確實證明這是一種自由基。以后近半個世紀來沒有大的進步，活動局限在實驗室內。到了上世紀80年代由于社會的需求，促使了自由基與工業(yè)的結合。用于難以處理的工業(yè)廢水，效果非常好。并稱之為強氧化技術，以與一般氧化技術相區(qū)別。一般氧化技術在造紙行業(yè)表現(xiàn)較好的有二氧化氯，過氧化氫等。

二氧化氯氧化電位為1.5V

過氧化氫氧化電位為1.7V

·OH的氧化電位為2.8V

自由基·OH的氧化電位為2.8V，幾乎高出一般氧化劑電位的一倍。這樣高的氧化電位應用于實際產(chǎn)生了巨大的效果，這樣就刺激高強氧化劑進一步的開發(fā)。

1 高強氧化電位的由來及其工業(yè)化生產(chǎn)

自由基的前身OH中的氧與氫各有一個電子共同組合為共價鍵，在原子核的外層旋轉。在外力的作用下，（如超聲波）共價鍵被擊破，使其中的電子被分裂出來，這樣在軌道上出現(xiàn)了電子的空缺。這種空缺就有再吸收其他電子的能力，這就是自由基產(chǎn)生高強氧化能力的原因。自由基的工業(yè)利用，首先要有產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑如過氧化氫中的OH；還要有擊破OH中共價鍵的外力。生成這種外力的方法有很多，如氧化還原法、超聲波法、光催化法、電催化法、臭氧氧化法、濕式氧化法等等，目前已有七八種之多。自由基產(chǎn)生了，但由于壽命很短，只有0.1秒，不像其他產(chǎn)物有儲存和運輸?shù)冗^程。他生產(chǎn)出來就要馬上用，否則他就消除了，因此，生產(chǎn)與使用要同時發(fā)生，要在同一個容器中完成。

2 自由基的性能與反應

自由基是一個具有強大氧化能力的中間產(chǎn)物，它有許多不同于一般化學品的性能。一般化學反應的速度取決于反應物與生成物的濃度，反應物濃度高于生成物，它就向生成物方向前進，否則它就向相反的方向前進。自由基的反應不服從這個規(guī)律。它是連鎖反應一觸即發(fā)，一發(fā)就連鎖進行，直到生成物完全達到穩(wěn)定狀態(tài)時停止。大分子量的有機物與高強氧化物反應要經(jīng)過許多不同的反應過程最后生成CO2和H2O。中間過程很復雜，有加成、分解、取代、斷鍵、開環(huán)等。這些過程，對我們來說并不重要，只要知道最終產(chǎn)物為CO2和H2O就行了，因為CO2和H2O是無害的極為普通物質。何況，它既能制漿，廢液又能厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷、沼氣，還是一個真正的低碳經(jīng)濟。

3 我國國內研究狀況

十年奮斗取得成果的不止一家，有的用于廢水處理，有的用于草類制漿。我沒有他們的實際數(shù)據(jù)。只能根據(jù)一般的知識加以推斷，文中所提之事查無實據(jù)，但事出有因，絕非無稽之談。

國內用于草類制漿自由基的產(chǎn)生，有用化學法的，有用超聲波法的，也有用紫外線法的，所有的引發(fā)劑多數(shù)為過氧化物。所用的設備，有蒸球，也有自制的間斷蒸解器。反應時間半小時到數(shù)小時不等。所制得漂白麥草漿，在無堿無氯條件下其白度均在78°左右，制漿得率70%～90%，所得紙漿用紙機抄紙，成紙的各項指標均可，這是一個簡單的情況，但不是最佳的效果，因為工藝未經(jīng)詳細比較試驗，成漿的機理也不清楚。只能得出一個明確的結論——自由基雖是一個高科技，但不神秘，也不是高不可攀，只要我們努力就能取得成果。高強氧化技術，正在開發(fā)中，發(fā)展前景十分光明。

4 再接再厲，有了良好的起步就要繼續(xù)努力奪取更大的成果

4.1 對自由基生產(chǎn)方法還需更廣泛地進行探索，上述方法各有利弊，要因生產(chǎn)的目的，具體的條件加以選擇。如在蒸球內既生產(chǎn)自由基，又使用自由基，這很好，對原有設備，不做大的變更就能投產(chǎn)。但有一個難以克服的困難——球是轉動的，自由基的發(fā)生器是固定的，動靜如何結合是一個難題。據(jù)說武裝一個蒸球的自由基發(fā)生器，要花數(shù)百萬的投資。是否有更方便、便宜一點的呢？要研究。現(xiàn)在蒸球間斷的蒸煮似乎落后一些，草類都用橫管連蒸，橫管連蒸怎樣和自由基生產(chǎn)設備結合起來，也要研究。一個設備的開發(fā)，既要完成工藝要求，又要方便易行，還要經(jīng)濟合理……，這是我們下一步研究的重點。

4.2 自由基的制造與應用都要進行開發(fā)，不像現(xiàn)成設備，有錢就能買到，開發(fā)要有單位，要有人，要有研究基地，還要有資金。一項新技術的開發(fā)，沒有10年或更長的時間是做不出來的。我們現(xiàn)在所從事的制漿新技術是挑戰(zhàn)老的硫酸鹽制漿法，這種老方法已是70多年技術進步的積累，我們要有長遠的思想和抱負來從事這項工作。

4.3 自由基制漿廢液，據(jù)說可以循環(huán)使用。我認為不是自由基可循環(huán)使用，而是有機物當滲透劑使用。進入制漿系統(tǒng)中的物料均為碳、氫、氧類，沒有無機鹽類，廢液基本上都是可以生化處理的，應用生化處理還可能取得沼氣。這是自由基法的一大優(yōu)點。不過這是推論，還要經(jīng)過試驗，才能下結論，否則20%～30%的物料進入系統(tǒng)不能被處理，再先進的技術也是不能實現(xiàn)工業(yè)化的。

4.4 自由基的生產(chǎn)與使用是一項高科技，我希望高等院校、研究單位、生產(chǎn)單位大家都來開發(fā)這項新技術。更希望政府關注這項新技術的開發(fā)，要納入計劃，并給以經(jīng)濟上的支持，這是解決中國纖維原料短缺的有效途徑。

2010－8－11

新材料新技術