Propriétés rhéologiques et expansivité isotherme volumétrique de la liqueur noire de kraft de bambou à haute teneur en extrait sec et à faible teneur en lignine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2400 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, un certain pourcentage de lignine dans la liqueur noire de kraft de bambou d'origine (BKBL) a été séparé, et le BKBL résiduel à faible teneur en lignine devait être introduit dans la chaudière de récupération alcaline pour réduire la charge de transfert de chaleur de la chaudière de récupération alcaline. . Avec la diminution de la teneur en lignine, les propriétés rhéologiques/expansivité volumétrique isotherme (VIE) du BKBL changent. Lorsque la teneur en lignine était de 70% restant dans le BKBL d'origine, la viscosité du BKBL à faible teneur en lignine est proche de celle du BKBL passivé à la même teneur en solides, la viscoélasticité dynamique est supérieure et le VIE diminue de 57,2%. Lorsque la quantité d'agent de dessilication est de 1,5 %, la viscosité du BKBL à faible teneur en lignine n'a pas beaucoup changé, et le VIE a fortement augmenté et était supérieur de 62,7 % à celui du BKBL passivé. Par conséquent, la combinaison du processus de séparation partielle de la lignine et du processus de dessilication de l'aluminate de sodium peut améliorer efficacement la capacité de la chaudière de récupération alcaline à traiter le BKBL et réduire l'influence de «l'interférence du silicium».

La situation actuelle de l'industrie chinoise des pâtes et papiers est difficile, car les émissions de carbone dépassent l'objectif, ce qui rend difficile la réalisation de l'objectif de pic de carbone et de zéro carbone1,2,3. Par conséquent, il est impératif de réaliser "l'intégration de la forêt et de la pâte". Cependant, "l'interférence de silicium" de la pâte non ligneuse et la contradiction entre l'augmentation de la demande de pâte et la capacité insuffisante du système de récupération d'alcali existant limitent le développement de l'intégration de la pâte à papier. L'amélioration de la capacité de production de pâte est la clé pour étendre la capacité de traitement du système de récupération des alcalis et réduire l'impact de "l'interférence du silicium"4,5,6,7,8. La construction d'un nouveau système de récupération des alcalis est la méthode la plus directe et la plus efficace, mais elle est susceptible d'augmenter le coût de production de l'usine de pâte à papier. Si la liqueur noire d'une nouvelle ligne de production de pâte partage le système de récupération d'alcali d'origine avec la liqueur noire des lignes de production existantes, l'expansion de la capacité de production de pâte peut devenir une réalité. Il y a environ 25% de lignine dans le matériau en bambou, qui pénètre dans la liqueur noire de kraft de bambou (BKBL) pendant la cuisson. Surtout, la lignine (0,5 tonne) entrera au BKBL avec la production d'1 tonne de pulpe de bambou. La lignine est une matière première renouvelable de haute qualité qui peut être utilisée comme substitut à de nombreux produits à base de pétrole. Par conséquent, il est utile de séparer un certain pourcentage de lignine du BKBL en tant que sous-produit9,10,11,12,13,14. Les revenus des ventes de lignine apportent des avantages économiques supplémentaires à l'usine de pâte à papier, qui peuvent être utilisés pour couvrir l'investissement initial dans la construction d'une unité de séparation de la lignine. Dans l'intervalle, la liqueur noire résiduelle pourrait encore être pompée vers le système de récupération de l'alcali. Cela peut réduire la charge d'échange de chaleur de la chaudière de récupération alcaline et améliorer la capacité de traitement de la liqueur noire15,16,17,18. De plus, il a un certain effet de dessilication lors de la séparation de la lignine en raison de l'adsorption du silicium par la lignine, ce qui est utile pour surmonter "l'interférence du silicium"19,20.

Le problème de «l'interférence du silicium» dans la pâte à papier non ligneuse est très grave et l'extraction d'une partie de la lignine ne peut pas le résoudre complètement. Face à cette situation, notre groupe de recherche a proposé le procédé de « dessilication de la liqueur verte par combustion BKBL ». L'agent de dessilication est ajouté avant que le BKBL n'entre dans la chaudière de récupération, et la substance verte-liqueur-silicium-insoluble (GLSI) est formée dans l'étape de combustion. L'objectif de désilication de la liqueur verte peut être atteint en filtrant la substance GLSI, et la boue blanche à faible teneur en silicium peut être recyclée. Le système de circulation de récupération d'alcali peut former une boucle fermée. Par conséquent, l'influence de l'agent de dessilication sur les propriétés d'expansion rhéologiques et isothermes du BKBL doit également être prise en compte. La lignine extraite est bénéfique à l'écoulement et peut entraver les caractéristiques d'expansion isotherme (VIE) de la liqueur noire21,22,23,24. Par conséquent, la proportion de lignine extraite est très importante et doit atteindre un équilibre entre les propriétés rhéologiques et d'expansion isotherme. Des données expérimentales spécifiques doivent être fournies pour déterminer si elle peut remplacer la section de passivation à haute température ou réduire le temps de traitement de passivation en fonction du degré de viscosité décroissant, et si l'impact négatif sur les performances d'expansion peut être toléré dans le processus de production réel.

La rhéologie et le VIE du BKBL à faible teneur en lignine et à haute teneur en solides ont été systématiquement étudiés. Nous avons analysé les paramètres rhéologiques, les changements de viscosité apparente ηa, le module de stockage G′, le module de dissipation G″ et la viscosité dynamique η′ du BKBL à haute teneur en solides. La valeur VIE de BKBL a été mesurée et son modèle de variation a été analysé. L'effet promoteur ou inhibiteur de la lignine extraite sur les paramètres rhéologiques a été étudié, et l'effet améliorant ou gênant de l'ajout d'un agent de dessilicatation sur les propriétés d'expansion isotherme a également été discuté.

Le BKBL de la pâte Kraft dans le digesteur continu de la tour G2 a été fourni par Guizhou Chitianhua Co., Ltd, Chine. La densité relative était de 1,21 g/cm3, la teneur totale en solides était de 475,00 g/L, la teneur organique était de 270,88 g/L et la teneur inorganique était de 204,12 g/L. Les composants organiques de BKBL comprennent principalement la lignine et l'hémicellulose, tandis que les composants inorganiques comprennent Na2SO4, Na2SiO3, SiO2 et Si (OH)4. L'acide sulfurique (H2SO4, AR, 98 %) a été acheté auprès de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Sulfate d'aluminium (Al2(SO4)3, AR, 99,8 %) fourni par Damao Chemical Reagent Factory Co., Ltd. Aluminate de sodium partiel ( NaAlO2, AR, 99,8 %) a été obtenu auprès de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.

Le processus de préparation de BKBL à faible teneur en lignine et à haute teneur en solides a été illustré à la Fig. 1. Le BKBL d'origine (200 ml) a été placé dans un bécher et le H2SO4 a été ajouté dans le bécher, en ajustant en continu jusqu'à ce que le pH atteigne 2. Le BKBL acidifié a été laissé et précipité pendant 1 h à 80 ° C, et toute la lignine précipitée a été filtrée. La lignine filtrée a été lavée avec de l'eau distillée et séchée jusqu'à un poids constant dans un four à 105 ° C, et la teneur en lignine du BKBL d'origine a été calculée. Selon la méthode ci-dessus, le pH du BKBL d'origine a été légèrement ajusté avec de l'acide sulfurique afin de séparer 10 %, 20 % et 30 % de lignine (présent le pourcentage de lignine totale) du BKBL, respectivement. Par conséquent, le BKBL résiduel a une faible teneur en lignine avec respectivement 70 %, 80 % et 90 % de lignine par rapport au BKBL d'origine. Ensuite, tous les échantillons de BKBL ont été concentrés à 80 % en poids à 80 °C dans un four de séchage sous vide, nommé BKBLx (par exemple, BKBL70 indique que la teneur en lignine est de 70 % sur la base de la lignine totale dans le BKBL d'origine). De plus, l'effet de l'ajout d'un agent de dessilication sur les propriétés rhéologiques a été étudié. BKBL70 a été divisé en trois sections, avec 0 %, 0,5 % et 1,5 % de l'agent de dessilication NaAlO2 ajouté dans les trois sections, respectivement.

Schéma de principe du processus de préparation de BKBLX.

Les paramètres rhéologiques de BKBL ont été testés en utilisant un rhéomètre dynamique (AR2000ex, TA, américain). Le test a été réalisé en utilisant un montage à plaques parallèles en cuivre de 25 mm de diamètre avec un espacement de 700 µm entre les parties supérieure et inférieure du montage. La plage de taux de cisaillement variait de 0 à 100 s−1 dans le test de viscosité apparente, et la fréquence de vibration était fixée à 0–105 rad/s dans le test de viscoélasticité dynamique.

Le VIE de BKBL a été testé dans un four à moufle (KSY15-16, Yifeng Electric Furnace Co., Shanghai, Chine). 2,5 g de BKBL ont été pesés avec un creuset en corindon et placés dans un four à moufle, et le four à moufle a ensuite été chauffé de la température ambiante à 300 ° C et maintenu pendant 1 h afin que la liqueur noire soit carbonisée et se dilate complètement. Le volume de liqueur noire carbonisée dans un creuset en corindon avec des particules sèches a été mesuré. Le rapport volume sur masse a été obtenu comme le VIE de BKBL.

Zamanet al. la liqueur noire trouvée à haute teneur en solides est un fluide non newtonien. Sa viscosité et sa viscoélasticité augmentent avec l'augmentation de la teneur en solides. De plus, il a utilisé la "loi de puissance" pour ajuster les changements de viscosité dans la plage de test, a estimé la valeur de viscosité et la valeur du module viscoélastique de la liqueur noire à une teneur en solides et à une température plus élevées grâce à ces modèles25,26,27. Sinquefield a constaté que la viscosité de la liqueur noire de pâte de bois avec une teneur en solides de 10 à 30 % augmentait avec l'augmentation de la teneur en solides28. Jawaid et al. ont constaté que la viscosité de la liqueur noire de pâte de bois à concentration moyenne (note : teneur en solides de 37 à 47 %) augmentait avec l'augmentation de la teneur en solides29. Wallmo a constaté que lorsque la quantité d'extraction de lignine était de 60 %, la viscosité de la liqueur noire diminuait de 75 % (note : teneur en solides de 50 %)30. Moosavifar et al. ont constaté qu'après l'élimination de la lignine, la viscosité peut être réduite d'un ordre de grandeur au plus, et le point d'ébullition de la liqueur noire diminuera également en conséquence31. Dans les études ci-dessus, la base de l'objet est la liqueur noire de pâte de bois. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier la liqueur noire de la pâte non ligneuse. Zhang et Sun ont étudié les caractéristiques viscoélastiques dynamiques du BKBL avec une concentration moyenne et l'effet de l'agent de dessilication32,33. Afin d'améliorer la capacité de traitement de la liqueur noire, ils ont conclu que la tendance future est de séparer une partie de la lignine de la liqueur noire avant de l'envoyer à la chaudière de récupération alcaline pour la combustion. Cependant, il convient de prêter attention à la viscoélasticité dynamique du BKBLX avec une faible teneur en lignine et une forte teneur en solides.

La viscosité du BKBL affecte le transport de la pompe et l'efficacité de l'évaporation. Les résultats de la viscosité apparente du BKBLx ont été présentés sur la figure 2. La viscosité apparente du BKBL et du BKBLx d'origine diminue de manière significative avec l'augmentation du taux de cisaillement à 98 ° C. La courbe de BKBL90 et BKBL80 est similaire à celle du BKBL d'origine, mais la viscosité et le taux d'épaississement ont diminué avec la diminution de la teneur en lignine. La viscosité apparente du BKBL70 maintient une tendance à la baisse dans la plage de test et aucun épaississement par cisaillement n'est observé. La raison principale est la diminution de la résistance de la structure du réseau formée dans BKBL70 en raison de la réduction significative de la teneur en lignine dans BKBL70, qui pourrait être détruite sans cisaillement élevé. Par rapport aux travaux antérieurs de notre groupe, on constate que la viscosité apparente du BKBL70 est approximativement la même que celle du BKBL passivé au taux de cisaillement de 100 s-1 lorsqu'ils ont le même extrait sec. Par conséquent, l'objectif de réduction de la viscosité peut être atteint en extrayant de la lignine dans le processus de production commerciale, et la section de passivation peut être éliminée dans le système de récupération alcaline ou le temps de passivation peut être raccourci, de manière à réduire efficacement la consommation d'énergie dans la récupération alcaline. système.

ηa contre γ pour BKBLX (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

La raison pour laquelle la réduction de la teneur en lignine aide à réduire la viscosité de la liqueur noire est que dans le processus de précipitation acide, la lignine est séparée étape par étape. La lignine avec le poids moléculaire le plus élevé a d'abord été séparée. La résistance de la structure du réseau formé par la lignine diminue, lorsque la teneur en lignine diminue, ce qui se manifeste par la diminution de la viscosité de la liqueur noire.

L'amincissement par cisaillement de la viscosité apparente du BKBL peut être expliqué par la "théorie du changement de conformation du polymère". Le BKBL à haut extrait sec ne contient qu'une faible quantité d'eau, et il existe des macromolécules organiques dont la lignine sous forme de longues chaînes linéaires. Tant que la longueur de certaines chaînes moléculaires est supérieure à une certaine valeur, les chaînes moléculaires s'entremêleront et formeront des flocules enchevêtrés quelque part dans la liqueur noire. Le nombre de flocules enchevêtrés est dans un équilibre dynamique, et une structure en réseau peut se former avec les polymères dans la liqueur noire lorsque l'équilibre est rompu. Une certaine énergie est stockée dans le réseau interne pendant l'écoulement du BKBL, et la performance externe est que le BKBL a une viscosité élevée et est difficile à écouler. Comme BKBL est soumis à un cisaillement continu, la direction de ses chaînes moléculaires désordonnées internes est progressivement compatible avec la force de cisaillement (comme le montre la figure 3). A ce moment, l'effet de cisaillement est directement utilisé pour l'écoulement de BKBL, et la performance externe est une forte baisse de la viscosité apparente de BKBL.

Changement d'orientation de la lignine dans BKBLx sous le champ d'écoulement de cisaillement.

Auparavant, certains chercheurs ont étudié l'effet de dessilication de l'agent de dessilication à l'aluminium, de l'agent de dessilication au magnésium, de l'agent de dessilication au bore et de l'agent de dessilication composite sur la pâte de paille de blé BKBL. La recherche s'est principalement concentrée sur l'efficacité de désilication de l'agent de désilication, et les propriétés rhéologiques du BKBL d'origine et du BKBL désilicaté n'ont pas été étudiées. Notre équipe de recherche a étudié l'effet de l'agent de dessilication sur la viscosité apparente du BKBL à haute teneur en solides, et le BKBL70 est choisi comme objet pour étudier l'influence de l'agent de dessilication, les résultats ont été présentés à la Fig. 4.

Relation entre ηa et γ pour BKBL70 avec la charge d'aluminate de sodium (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

On peut voir sur la figure 4 que l'agent de dessilication a un certain effet positif sur la réduction de la viscosité. L'agent de désilication NaAlO2 contient du Na+, et Na+ peut se combiner avec les macromolécules de lignine dans la liqueur noire, ce qui augmente la force de répulsion électrostatique entre les macromolécules de lignine. De plus, NaAlO2 est alcalin. La lignine à longue chaîne se décompose en lignine à chaîne courte sous l'action de OH−. La force de la structure moléculaire formée par la longue chaîne de lignine diminue et la viscosité de la liqueur noire diminue.

La relation entre ηa et. γ a été révélé sur la Fig. 5. On peut voir sur la Fig. 5 que les échantillons de BKBL70 avec un agent de désilication présentent un épaississement par cisaillement à 80 ° C, mais pas à 98 ° C. Combiné avec les Fig. 2 et 3, il en déduit que non seulement la teneur en lignine mais aussi la température affectent l'épaississement par cisaillement, et l'épaississement par cisaillement est causé par l'enchevêtrement de la longue chaîne moléculaire de la lignine. À notre avis, l'orientation uniforme des chaînes moléculaires de la lignine sous la force de cisaillement n'est pas la seule explication de l'amincissement par cisaillement de BKBL, la théorie du liquide caoutchouteux est également applicable pour expliquer le phénomène d'amincissement par cisaillement de BKBL. Selon la théorie, les chaînes moléculaires de la liqueur noire pourraient produire le comportement d'enchevêtrement qui est principalement contrôlé par le mouvement thermique moléculaire. La vitesse à laquelle les flocules d'enchevêtrement sont détruits par cisaillement ou chauffage est supérieure à la vitesse à laquelle ils sont générés.

ηa versus γ pour BKBL70 à différentes températures (Remarque : 80 % en poids, BKBL70).

En effet, il est impossible d'augmenter indéfiniment la température de la liqueur noire. Lorsque la teneur en solides atteint une certaine limite, l'effet de la température sur la viscosité n'est pas le facteur principal. Par conséquent, la viscosité ne peut être réduite davantage qu'en séparant une partie de la lignine. La chose la plus importante est que la séparation d'une partie de la lignine peut améliorer la capacité de traitement de la liqueur noire en réduisant la charge thermique de la chaudière de récupération alcaline.

Le module de stockage G', également appelé module d'élasticité, désigne l'énergie stockée du fait de la déformation élastique (réversible) des matériaux lors de la déformation, reflétant la propriété élastique-solide des matériaux. Le module de perte, G″, c'est-à-dire le module de viscosité, fait référence à l'énergie perdue en raison de la déformation visqueuse (irréversible) des matériaux lors de la déformation, reflétant l'écoulement visqueux des matériaux.

Comme on peut le voir sur la Fig. 6, les G″ et G″ de BKBLx diminuent d'abord légèrement puis augmentent avec l'augmentation de la fréquence d'oscillation. De plus, le G″ est toujours supérieur au G″, indiquant que la déformation réversible est supérieure à la déformation irréversible pour BKBLx. La diminution de la teneur en lignine est responsable de la diminution des G' et G", indiquant que la viscoélasticité diminue. Même lorsque le BKBLx rencontre des coudes, des vannes, des buses et d'autres structures dans le processus de pompage, les obstacles de mouvement rencontrés par le BKBLx sont bien inférieurs à ceux rencontrés par le BKBL d'origine lors du transport normal par tuyau droit.

G′ et G″ versus ω pour BKBLX (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

La viscosité dynamique η′ fait référence au taux de variation du module de perte G″ avec la fréquence angulaire ω. La viscosité dynamique peut éliminer l'erreur de mesure de la viscosité apparente causée par la déformation élastique lors de l'écoulement de certains échantillons de BKBL, nous avons donc mesuré la viscosité dynamique pour évaluer la fluidité de la liqueur noire. La figure 7 montre l'effet de la teneur en lignine sur la viscosité dynamique η' du BKBL. On peut voir sur la figure 7 que les courbes η 'de BKBLx et de BKBL d'origine montrent la tendance de l'amincissement par cisaillement, qui est similaire à la tendance de la viscosité apparente ηa. Cela a en outre prouvé que la séparation d'une partie de la lignine est bénéfique pour le pompage et le transport de BKBLx.

Relation entre η′ et ω pour BKBLX (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

On peut voir sur la figure 8 que les G' et G" de BKBL70 ont augmenté lorsque NaAlO2 a été ajouté à une fréquence d'oscillation nulle. Avec l'augmentation de la fréquence d'oscillation, G′ et G″ ont d'abord diminué rapidement, puis ont commencé à augmenter lorsque la fréquence d'oscillation était supérieure à 10 rad/s. Le module viscoélastique du BKBL70 avec l'ajout d'un agent de dessilication était inférieur à celui du BKBL70 d'origine. C'est-à-dire que l'agent de désilication a peu d'effet néfaste sur la viscoélasticité de la liqueur noire à haute fréquence d'oscillation.

G′ et G″ versus ω pour BKBL70 avec le chargement d'aluminate de sodium (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

On peut voir sur la figure 9 que le schéma de variation de la viscosité dynamique BKBL70 η 'avec la fréquence angulaire est similaire à celui de la viscosité apparente ηa, et ils montrent tous une tendance à l'amincissement par cisaillement. À faible fréquence d'oscillation, l'agent de dessilication entraîne une augmentation de ηa, indiquant que la perte d'énergie cinétique visqueuse de BKBL augmente à ce moment. La viscosité apparente des échantillons de BKBL diminue lors de l'ajout d'un agent de dessilication NaAlO2, ce qui est cohérent avec les résultats précédents.

η' versus ω pour BKBL70 avec le chargement d'aluminate de sodium (Remarque : 80 % en poids, 98 °C).

Quant au BKBL70, la raison pour laquelle la viscosité dynamique avec 0,5 % de NaAlO2 est supérieure à celle avec 1,5 % de NaAlO2 est que la viscosité du premier est supérieure à celle du second, et la perte d'énergie cinétique causée par une viscosité élevée est également plus grande. Lorsque la fréquence angulaire est proche de 100 rad/s, la viscosité dynamique du BKBL70 avec 1,5 % d'agent de dessilication est plus faible, car la viscosité dynamique est plus proche de la viscosité réelle que de la viscosité apparente à haute fréquence d'oscillation. Ceci montre que la viscosité du BKBL70 diminue avec l'augmentation de la quantité d'agent de dessilicatation.

La figure 10 montre l'effet de la température sur la viscosité dynamique. À basse fréquence d'oscillation, la viscosité dynamique du BKBL70 à 80 °C est bien inférieure à celle à 98 °C, ce qui indique que le BKBL70 est principalement élastique-solide à 80 °C. La viscosité dynamique a tendance à être la viscosité réelle avec l'augmentation de la fréquence angulaire, et la raison en est que le rôle principal de la contrainte est de faire subir à BKBL70 une déformation élastique. La viscosité dynamique du BKBL70 diminue rapidement à 98 °C et est légèrement inférieure à celle à 80 °C lorsque la fréquence d'oscillation est proche de 100 rad/s. Cela montre encore l'importance de la température élevée pour le transport de BKBL.

η' versus ω pour BKBL70 à différentes températures (Remarque : 80 % en poids, BKBL70).

L'effet de cisaillement et la contrainte sur BKBL dans le transport par pipeline et l'atomisation par buse sont beaucoup plus élevés que ceux du processus de test en laboratoire. Par conséquent, il est raisonnable de supposer que l'ajout d'un agent de dessilication NaAlO2 entraînera peu d'effets indésirables sur la viscosité, mais un certain effet de réduction de la viscosité lorsque le BKBL70 est pompé dans la chaudière de récupération alcaline.

Les papetiers peuvent juger de la difficulté de concentration et de siccité de la liqueur noire dans la chaudière et prédire le degré de gonflement de la couche de coussin inférieure en fonction du VIE de la liqueur noire. Plus la valeur VIE est élevée, plus le lit inférieur est gonflé et plus l'air passe facilement à travers le lit, meilleur est l'effet de combustion réel. Le VIE de la liqueur noire de pâte de paille est le plus petit parmi les diverses liqueurs noires de matières premières en raison de sa teneur élevée en silicium et de sa viscosité élevée. Par conséquent, il est essentiel de s'assurer que le VIE de BKBLx est supérieur à celui de la liqueur noire de pâte de paille, afin qu'un bon lit puisse se former au fond de la chaudière de récupération d'alcali.

Il a été indiqué que l'effet de la teneur en lignine et du NaAlO2 VIE du BKBL a été mesuré par le VIE du BKBLx sur la figure 11. Sans ajout d'agent de dessilication, le VIE du BKBLx diminue avec la diminution de la teneur en lignine, et le VIE du BKBL d'origine est presque deux fois celle de BKBL70, indiquant que la teneur en lignine a une grande influence sur le VIE de BKBLx, qui est due au dégagement de gaz lors de la décomposition thermique de la lignine. Il est conclu que la raison de la diminution de VIE est la diminution des émissions de gaz due à la diminution de la teneur en lignine dans BKBLx34. Bien que la diminution de la teneur en lignine entraîne directement la diminution du VIE de BKBLx, l'augmentation du VIE sera plus marquée en présence de facteurs promoteurs. L'impact sur l'agent de dessilication NaAlO2 sur le VIE peut être causé par l'effet de réduction de la viscosité de NaAlO2. Il ressort des recherches précédentes que l'ajout de NaAlO2 peut réduire efficacement la viscosité apparente du BKBL à un taux de cisaillement nul et améliorer le module d'élasticité du BKBL à une fréquence d'oscillation nulle. Par conséquent, l'ajout d'une petite quantité d'agent de désilication peut favoriser de manière significative le VIE de BKBL.

VIE de BKBLx avec le chargement d'agent de dessilicatation.

Les changements du VIE de BKBL et BKBL70 passivés avec différents agents de dessilication sont illustrés à la Fig. 12. NaAlO2 a une nette amélioration de l'influence sur le VIE en raison de sa réduction de viscosité, et l'agent de dessilication acide Al2(SO4)3 n'a pas d'effet significatif. La raison en est que Al2(SO4)3 conduit à l'augmentation de la viscosité et des propriétés solides élastiques de BKBL, et l'amélioration des propriétés solides élastiques et l'effet gênant pour l'augmentation de la viscosité peuvent se compenser. Par conséquent, le VIE de BKBL ne changera pas de manière significative. Le VIE de BKBL70 avec l'agent de désilication alcalin NaAlO2 ajouté était supérieur de 62,72 % à celui du BKBL passivé. De plus, une petite quantité d'agent de dessilication peut réduire l'effet néfaste de la lignine extraite sur les performances d'expansion du BKBL. Dans ce travail, le taux de dessilication est le plus élevé et pendant ce temps la valeur VIE atteint le maximum, lorsque la quantité d'agent de dessilication est de 1,5 %.

Effet promoteur de l'agent de désilication sur le VIE de BKBL70. La quantité d'agent de dessilication (basée sur la teneur totale en lignine dans le BKBL).

En bref, la séparation d'une partie de la lignine peut non seulement réduire considérablement la viscosité du BKBL, mais également réduire son effet néfaste sur les performances d'expansion en ajoutant un agent de désilication. De plus, l'utilisation combinée du "processus de séparation partielle de la lignine" et de la "dessiccation de la liqueur verte par le procédé de combustion de la liqueur noire" peut améliorer la capacité de traitement de BKBL et, en fin de compte, contribuer à améliorer la capacité de production de pâte.

Afin d'améliorer la capacité de la chaudière de récupération d'alcali à traiter le BKBL et à réduire l'impact de "l'interférence au silicium", un certain pourcentage de lignine a été séparé du BKBL, et nous avons l'intention d'envoyer le BKBL restant à faible teneur en lignine à la récupération d'alcali existante Chaudière. Par conséquent, nous avons étudié la rhéologie et le VIE de BKBL à haute teneur en solides et à faible teneur en lignine, et l'effet de l'agent de dessilicatation sur eux. La viscosité et le VIE du BKBL sont étroitement liés à la teneur en lignine. Avec la diminution de la teneur en lignine, la viscosité apparente et le VIE du BKBLX diminuent. Lorsque 30% de lignine a été séparé du BKBL d'origine, la viscosité apparente de la liqueur noire restante-BKBL70 était proche de celle du BKBL passivé avec la même teneur en solides, et le module de stockage et le module de dissipation étaient inférieurs à ceux du BKBL d'origine. . Le VIE du BKBL70 est inférieur à celui du BKBL passivé avec la même teneur en solides de 57,2% Le BKBL70 a une tendance de transition du fluide non newtonien au fluide newtonien, mais le VIE diminue trop, ce qui induit que le BKBL70 ne peut pas former de coussin avec une bonne performance intumescente au fond de la chaudière de récupération d'alcali. L'influence négative sur la diminution de la teneur en lignine du VIE peut être compensée par l'ajout d'un agent de dessilication NaAlO2, et le VIE de BKBL70 est significativement augmenté avec l'ajout de 1,5 % d'agent de dessilication NaAlO2 de 62,7 % supérieur à celui de la liqueur noire de passivation. De plus, la viscosité apparente de BKBL diminue avec l'ajout d'une petite quantité d'agent de désilication NaAlO2, et les propriétés rhéologiques de BKBL70 ne sont pas clairement affectées, ce qui est bénéfique pour le pompage et le transport de BKBL.

Les données utilisées et/ou analysées au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Bo, CA et al. Recherche sur l'allocation provinciale des quotas de carbone dans le contexte de la neutralisation du carbone. Energy Rep. 8, 903–915 (2022).

Article Google Scholar

Wen, L., Zhang, J. & Song, Q. Une analyse de scénario de neutralité carbone chinoise basée sur STIRPAT et le modèle de dynamique du système. Environ. Sci. Pollution. Rés. 29, 55105–55130 (2022).

Article Google Scholar

Lls, A., Hjc, A. & Qsga, B. La Chine atteindra-t-elle son engagement neutre en carbone pour 2060 du point de vue provincial ?. Adv. Clim. Chang. Rés. 13(2), 169-178 (2022).

Article Google Scholar

Wang, T., Zhong, Y., Wang, C., et al. Une méthode à faible capital pour l'interférence du silicium dans le système de récupération alcaline de la pâte kraft de bambou - ScienceDirect. J. Propre. Prod. 315, 128283.1–128283.7 (2021).

Article Google Scholar

Xia, X. et al. Élimination du silicium de la liqueur verte avec précaustification à basse température. TAPPI J 16(1), 17–21 (2018).

Article Google Scholar

Huuha, TS, Kurniawan, TA & Sillanp, MET Élimination du silicium de l'eau blanche de réduction en pâte à l'aide d'un traitement intégré de précipitation chimique et d'évaporation. Chim. Ing. J. 158(3), 584-592 (2010).

Article CAS Google Scholar

Do, NH, Pham, HH, Le, TM, et al. La nouvelle méthode pour réduire la teneur en silice de la lignine récupérée à partir de la liqueur noire provenant de la paille de riz. Sci. Rep. 10(1), 21263 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Runge, TM & Paul,. Dessilication du bambou pour la production de pâte. TAPPI J. 14(11), 743–749 (2015).

Article CAS Google Scholar

Selvaraj, MR Un aperçu de la lignine bio-polymère renouvelable naturelle vers des applications nano et biotechnologiques. Int. J. Biol. Macromol. 103, 508–514 (2017).

Article Google Scholar

Ekielski, A. & Mishra, PK Lignine pour la bioéconomie : Le rôle présent et futur de la lignine technique. Int. J. Mol. Sci. 22(1), 63 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Spiridon, I. Extraction de la lignine et applications thérapeutiques des composés dérivés de la lignine. Une critique. Environ. Chim. Lett. 18(3), 771–785 (2020).

Article CAS Google Scholar

Lizundia, E. et al. Nanocomposites et nanohybrides multifonctionnels à base de lignine. Chimie Verte. 23(18), 6698–6760 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Piccinino, D. et al. Lignine nanostructurée comme antioxydant vert et ingrédient de protection contre les UV pour les applications de protection solaire. Antioxydants 10(2), 274 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ld, A., Mp, B., Ml, A., et al. Aperçu de l'offre mondiale de lignine et potentiel de la lignine kraft comme alternative aux polymères à base de pétrole. Renouveler. Soutenir. Énergie Rév. 123 (2020).

Marcelo, H. L'influence de l'élimination de la lignine sur le bilan énergétique des futures usines de pâte à papier. In XXI Conférence et exposition TECNICELPA/VI CIADICYP, 12–15 (Lisbonne, Portugal, 2010).

Marcelo, H. Opportunités de revenus supplémentaires dans les usines de pâte à papier et leurs impacts sur le procédé Kraft (Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta, 2013).

Google Scholar

Laaksometsä, C. et al. Économies d'énergie associées à l'extraction de la lignine pour l'augmentation de la production : étude de cas dans une usine d'eucalyptus au Portugal. Technologie propre. Environ. Politique 11(1), 22–82 (2009).

Article Google Scholar

Lundberg, V. et al. Élargissement du portefeuille de produits d'une usine de pâte kraft via la séparation de l'hémicellulose et de la lignine - études d'intégration de processus dans une usine de fabrication de caisses. Chim. Ing. Trans. 35, 127-132 (2013).

Google Scholar

Xu, Y., Chen, S., Zhu, M., et al. Nouvelles fibres de carbone à base de lignine contenant du silicium dérivées de la liqueur noire de pulpe de bambou avec des performances électrochimiques améliorées pour les supercondensateurs. J. Appl. Polym. Sci. 138(44) (2021).

Ziesig, R., Tomani, P. & Theliander, H. Production d'un produit de lignine pure partie 2 : Séparation de la lignine des perméats de filtration sur membrane de la liqueur noire. Cellule. Chim. Technol. 48(9–1), 805–811 (2015).

Google Scholar

Milanova, E. Variables affectant le gonflement des solides de liqueur noire kraft. JPPS 14(4), 95 (1988).

CAS Google Scholar

Hupa, M., Solin, P., Hyoty, P. Comportement de combustion des gouttelettes de liqueur noire. Dans International Chemical Recovery Conference, New Orleans, USA (1985).

Gea, G. et al. Comportement au gonflement de la liqueur noire issue de la réduction en pâte à la soude de la paille de blé. Carburants énergétiques 17(1), 46–53 (2003).

Article CAS Google Scholar

Su, ZH et al. Propriétés de combustion des solides mélangés de liqueur noire provenant de la réduction en pulpe de linter et de roseau. BioResources 14(4), 8278–8288 (2019).

CAS Google Scholar

Zaman, AA & Fricke, AL Viscosité newtonienne des liqueurs noires kraft à haute teneur en solides : effets de la température et des concentrations en solides. Ing. ind. Chim. Rés. 33(2), 428–435 (1994).

Article CAS Google Scholar

Zaman, AA & Fricke, AL Effet des conditions de réduction en pâte et de la composition de la liqueur noire sur la viscosité newtonienne des liqueurs noires kraft à haute teneur en solides. Ing. ind. Chim. Rés. 35(2), 590–597 (1996).

Article CAS Google Scholar

Zaman, AA & Fricke, AL Propriétés viscoélastiques des liqueurs noires kraft de résineux à haute teneur en solides. Ing. ind. Chim. Rés. 34(1), 382–391 (1995).

Article CAS Google Scholar

Wallmo, H. et al. Évaporation de la liqueur noire pauvre en lignine. Tappi J. 14(7), 441–450 (2015).

Article CAS Google Scholar

Singh, SP, Jawaid, M., Yadav, B. et al. Effet du pH, de la température et de la teneur en solides sur les propriétés rhéologiques de la liqueur noire de paille de blé. Conv. Bioréf. (2021).

Sinquefield, SA Formulation modèle de liqueur noire à utiliser dans le développement et l'évaluation de membranes pour concentrer la liqueur noire faible. Taapi J. 21(2), 109–112 (2022).

Article CAS Google Scholar

Moosavifar, A., Sedin, P. & Theliander, H. Viscosité et élévation du point d'ébullition de la liqueur noire : Conséquences lorsque la lignine est extraite de la liqueur noire. Nord. Pulp Pap. Rés. J. 21(2), 180–187 (2006).

Article CAS Google Scholar

Xu, YJ et al. Élimination de la silice à l'aide de sulfate d'aluminium et d'aluminate de sodium pendant le processus de cuisson du bambou. BioResources 10(4), 7704–7714 (2015).

Article CAS Google Scholar

Xu, Y. et al. Méthode de combustion de la liqueur noire pour éliminer le silicium de la réduction en pâte de la paille de blé. BioResources 10(2), 1988–1997 (2015).

Article Google Scholar

Frederick, W., Noopila, T. & Hupa, M. Gonflement des gouttelettes de liqueur de dépulpage pendant la combustion. J. Pulp Pap. Sci. 17(5), J164–J170 (1991).

Google Scholar

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Collège de génie chimique et des matériaux des bioressources, Université des sciences et technologies du Shaanxi, Xi'an, 710021, Chine

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo et Xiaoopeng Yue

Centre national de démonstration pour la formation expérimentale en ingénierie de la chimie légère, Université des sciences et technologies du Shaanxi, Xi'an, 710021, Chine

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo et Xiaoopeng Yue

Key Laboratory of Paper Based Functional Materials, China National Light Industry, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an, 710021, Chine

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo et Xiaoopeng Yue

Shaanxi Key Laboratory On Paper Technology and Specialty Papers, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an, 710021, Chine

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo et Xiaoopeng Yue

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SC : Méthodologie, analyse formelle, conservation des données, visualisation, projet original. YX : Conceptualisation, supervision, révision et édition, acquisition de financement. KG : Ressources, Enquête. XY : révision et édition.

Correspondance avec Yongjian Xu.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Chen, S., Xu, Y., Guo, K. et al. Propriétés rhéologiques et expansivité isotherme volumétrique de la liqueur noire de kraft de bambou à haute teneur en extrait sec et à faible teneur en lignine. Sci Rep 13, 2400 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29350-0

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Reçu : 27 novembre 2022

Accepté : 02 février 2023

Publié: 10 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29350-0

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