杨懋暹

（中国造纸学会）

一项可开发草类纤维绿色制浆的高新技术

杨懋暹

（中国造纸学会）

什么是可开发绿色制浆的高新技术？就是上世纪80年代在国际上新开发的高强氧化技术，英文名为Adverced Oxidation proceses简称AOP，这项高科技的具体内涵就是自由基技术。早在上世纪三四十年代，科学家就发现了一种高氧化物质，其寿命非常短，只有0.1秒，后通过实验，确实证明这是一种自由基。以后近半个世纪来没有大的进步，活动局限在实验室内。到了上世纪80年代由于社会的需求，促使了自由基与工业的结合。用于难以处理的工业废水，效果非常好。并称之为强氧化技术，以与一般氧化技术相区别。一般氧化技术在造纸行业表现较好的有二氧化氯，过氧化氢等。

二氧化氯氧化电位为1.5V

过氧化氢氧化电位为1.7V

·OH的氧化电位为2.8V

自由基·OH的氧化电位为2.8V，几乎高出一般氧化剂电位的一倍。这样高的氧化电位应用于实际产生了巨大的效果，这样就刺激高强氧化剂进一步的开发。

1 高强氧化电位的由来及其工业化生产

自由基的前身OH中的氧与氢各有一个电子共同组合为共价键，在原子核的外层旋转。在外力的作用下，（如超声波）共价键被击破，使其中的电子被分裂出来，这样在轨道上出现了电子的空缺。这种空缺就有再吸收其他电子的能力，这就是自由基产生高强氧化能力的原因。自由基的工业利用，首先要有产生自由基的引发剂如过氧化氢中的OH；还要有击破OH中共价键的外力。生成这种外力的方法有很多，如氧化还原法、超声波法、光催化法、电催化法、臭氧氧化法、湿式氧化法等等，目前已有七八种之多。自由基产生了，但由于寿命很短，只有0.1秒，不像其他产物有储存和运输等过程。他生产出来就要马上用，否则他就消除了，因此，生产与使用要同时发生，要在同一个容器中完成。

2 自由基的性能与反应

自由基是一个具有强大氧化能力的中间产物，它有许多不同于一般化学品的性能。一般化学反应的速度取决于反应物与生成物的浓度，反应物浓度高于生成物，它就向生成物方向前进，否则它就向相反的方向前进。自由基的反应不服从这个规律。它是连锁反应一触即发，一发就连锁进行，直到生成物完全达到稳定状态时停止。大分子量的有机物与高强氧化物反应要经过许多不同的反应过程最后生成CO2和H2O。中间过程很复杂，有加成、分解、取代、断键、开环等。这些过程，对我们来说并不重要，只要知道最终产物为CO2和H2O就行了，因为CO2和H2O是无害的极为普通物质。何况，它既能制浆，废液又能厌氧发酵生产甲烷、沼气，还是一个真正的低碳经济。

3 我国国内研究状况

十年奋斗取得成果的不止一家，有的用于废水处理，有的用于草类制浆。我没有他们的实际数据。只能根据一般的知识加以推断，文中所提之事查无实据，但事出有因，绝非无稽之谈。

国内用于草类制浆自由基的产生，有用化学法的，有用超声波法的，也有用紫外线法的，所有的引发剂多数为过氧化物。所用的设备，有蒸球，也有自制的间断蒸解器。反应时间半小时到数小时不等。所制得漂白麦草浆，在无碱无氯条件下其白度均在78°左右，制浆得率70%～90%，所得纸浆用纸机抄纸，成纸的各项指标均可，这是一个简单的情况，但不是最佳的效果，因为工艺未经详细比较试验，成浆的机理也不清楚。只能得出一个明确的结论——自由基虽是一个高科技，但不神秘，也不是高不可攀，只要我们努力就能取得成果。高强氧化技术，正在开发中，发展前景十分光明。

4 再接再厉，有了良好的起步就要继续努力夺取更大的成果

4.1 对自由基生产方法还需更广泛地进行探索，上述方法各有利弊，要因生产的目的，具体的条件加以选择。如在蒸球内既生产自由基，又使用自由基，这很好，对原有设备，不做大的变更就能投产。但有一个难以克服的困难——球是转动的，自由基的发生器是固定的，动静如何结合是一个难题。据说武装一个蒸球的自由基发生器，要花数百万的投资。是否有更方便、便宜一点的呢？要研究。现在蒸球间断的蒸煮似乎落后一些，草类都用横管连蒸，横管连蒸怎样和自由基生产设备结合起来，也要研究。一个设备的开发，既要完成工艺要求，又要方便易行，还要经济合理……，这是我们下一步研究的重点。

4.2 自由基的制造与应用都要进行开发，不像现成设备，有钱就能买到，开发要有单位，要有人，要有研究基地，还要有资金。一项新技术的开发，没有10年或更长的时间是做不出来的。我们现在所从事的制浆新技术是挑战老的硫酸盐制浆法，这种老方法已是70多年技术进步的积累，我们要有长远的思想和抱负来从事这项工作。

4.3 自由基制浆废液，据说可以循环使用。我认为不是自由基可循环使用，而是有机物当渗透剂使用。进入制浆系统中的物料均为碳、氢、氧类，没有无机盐类，废液基本上都是可以生化处理的，应用生化处理还可能取得沼气。这是自由基法的一大优点。不过这是推论，还要经过试验，才能下结论，否则20%～30%的物料进入系统不能被处理，再先进的技术也是不能实现工业化的。

4.4 自由基的生产与使用是一项高科技，我希望高等院校、研究单位、生产单位大家都来开发这项新技术。更希望政府关注这项新技术的开发，要纳入计划，并给以经济上的支持，这是解决中国纤维原料短缺的有效途径。

2010－8－11

新材料新技术