Propiedades reológicas y expansividad volumétrica isotérmica del licor negro kraft de bambú con alto contenido de sólidos y bajo contenido de lignina

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2400 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

En este estudio, se separó un cierto porcentaje de lignina en el licor negro kraft de bambú original (BKBL), y se esperaba que el BKBL residual con bajo contenido de lignina se alimentara a la caldera de recuperación de álcali para reducir la carga de transferencia de calor de la caldera de recuperación de álcali. . Con la disminución del contenido de lignina, cambian las propiedades reológicas/expansividad isotérmica volumétrica (VIE) de BKBL. Cuando el contenido de lignina era del 70 % restante en el BKBL original, la viscosidad del BKBL con bajo contenido de lignina es similar a la del BKBL pasivado con el mismo contenido de sólidos, la viscoelasticidad dinámica es superior y la VIE disminuye en un 57,2 %. Cuando la cantidad de agente de dessilicación es del 1,5 %, la viscosidad del BKBL con bajo contenido de lignina no cambió mucho y el VIE aumentó considerablemente y fue un 62,7 % más alto que el del BKBL pasivado. Por lo tanto, la combinación del proceso de separación parcial de lignina y el proceso de destilación de aluminato de sodio puede mejorar de manera efectiva la capacidad de la caldera de recuperación de álcali para lidiar con BKBL y reducir la influencia de la "interferencia de silicio".

La situación actual en la industria china de la pulpa y el papel es un desafío, ya que las emisiones de carbono superan el objetivo, lo que genera dificultades para alcanzar el objetivo de pico de carbono y carbono neto cero1,2,3. Por lo tanto, es imperativo realizar la "integración de bosque y pulpa". Sin embargo, la "interferencia de silicio" de la pulpa no maderera y la contradicción entre el aumento de la demanda de pulpa y la capacidad insuficiente del sistema de recuperación de álcali existente restringen el desarrollo de la integración de papel de pulpa. Mejorar la capacidad de producción de pulpa es la clave para ampliar la capacidad de tratamiento del sistema de recuperación de álcali y reducir el impacto de la "interferencia de silicio"4,5,6,7,8. La construcción de un nuevo sistema de recuperación de álcali es el método más directo y efectivo, pero seguramente aumentará el costo de producción de la planta de celulosa. Si el licor negro de una nueva línea de producción de pulpa comparte el sistema de recuperación de álcali original con el licor negro de las líneas de producción existentes, la expansión de la capacidad de producción de pulpa puede convertirse en una realidad. Hay alrededor del 25% de la lignina en el material de bambú, que ingresa al licor negro kraft de bambú (BKBL) durante la cocción. Especialmente, la lignina (0,5 toneladas) ingresará al BKBL con la producción de 1 tonelada de pulpa de bambú. La lignina es una materia prima renovable de alta calidad que se puede utilizar como sustituto de muchos productos derivados del petróleo. Por lo tanto, es útil separar un cierto porcentaje de lignina de BKBL como subproducto9,10,11,12,13,14. Los ingresos de las ventas de lignina aportan beneficios económicos adicionales a la planta de celulosa, que pueden utilizarse para cubrir la inversión inicial en la construcción de una unidad de separación de lignina. Mientras tanto, el licor negro residual todavía podría bombearse al sistema de recuperación de álcali. Esto puede reducir la carga de intercambio de calor de la caldera de recuperación de álcali y mejorar la capacidad de tratamiento del licor negro15,16,17,18. Además, tiene un cierto efecto de dessilicación al separar la lignina debido a la adsorción del silicio por la lignina, lo que ayuda a superar la "interferencia de silicio"19,20.

El problema de la "interferencia de silicio" en la fabricación de pulpa no maderera es muy grave y la extracción de algo de lignina no puede resolverlo por completo. Ante esta situación, nuestro grupo de investigación propuso el proceso de “desilicación a partir de licor verde por combustión BKBL”. El agente de destilación se agrega antes de que el BKBL ingrese a la caldera de recuperación, y la sustancia insoluble en silicio verde (GLSI) se forma en la etapa de combustión. El propósito de la destilación del licor verde se puede lograr filtrando la sustancia GLSI y el lodo blanco con bajo contenido de silicio se puede reciclar. El sistema de circulación de recuperación de álcali puede formar un circuito cerrado. Por lo tanto, también se debe considerar la influencia del agente de dessilicación en las propiedades de expansión reológica e isotérmica de BKBL. La lignina extraída es beneficiosa para el flujo y puede dificultar las características de expansión isotérmica (VIE) del licor negro21,22,23,24. Por lo tanto, la proporción de lignina extraída es muy importante y debe lograr un equilibrio entre las propiedades de expansión reológica e isotérmica. Se deben proporcionar datos experimentales específicos para respaldar si puede reemplazar la sección de pasivación de alta temperatura o reducir el tiempo de tratamiento de pasivación en función del grado decreciente de viscosidad, y si el impacto adverso en el rendimiento de expansión se puede tolerar en el proceso de producción real.

Se estudió sistemáticamente la reología y VIE de BKBL con bajo contenido de lignina y alto contenido de sólidos. Analizamos los parámetros reológicos, los cambios en la viscosidad aparente ηa, el módulo de almacenamiento G′, el módulo de disipación G″ y la viscosidad dinámica η′ de BKBL con alto contenido de sólidos. Se midió el valor VIE de BKBL y se analizó su patrón de variación. Se investigó el efecto promotor o inhibidor de la lignina extraída sobre los parámetros reológicos, y también se discutió el efecto de mejora o inhibición de agregar un agente de dessilicación sobre las propiedades de expansión isotérmica.

El BKBL de la pulpa Kraft en el digestor continuo de torre G2 fue proporcionado por Guizhou Chitianhua Co., Ltd, China. La densidad relativa fue de 1,21 g/cm3, el contenido de sólidos totales fue de 475,00 g/L, el contenido orgánico fue de 270,88 g/L y el contenido inorgánico fue de 204,12 g/L. Los componentes orgánicos de BKBL incluyen principalmente lignina y hemicelulosa, mientras que los componentes inorgánicos incluyen Na2SO4, Na2SiO3, SiO2 y Si (OH)4. El ácido sulfúrico (H2SO4, AR, 98 %) se adquirió de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. El sulfato de aluminio (Al2(SO4)3, AR, 99,8 %) lo proporcionó Damao Chemical Reagent Factory Co., Ltd. Aluminato de sodio parcial ( NaAlO2, AR, 99,8 %) se obtuvo de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.

El proceso de preparación de BKBL con bajo contenido de lignina y alto contenido de sólidos se muestra en la Fig. 1. El BKBL original (200 ml) se colocó en un vaso de precipitados y se agregó H2SO4 al vaso de precipitados, ajustándose continuamente hasta que el pH llega a 2. El BKBL acidificado se dejó y precipitó durante 1 hora a 80 °C y toda la lignina precipitada se filtró. La lignina filtrada se lavó con agua destilada y se secó hasta peso constante en estufa a 105 °C, y se calculó el contenido de lignina del BKBL original. De acuerdo con el método anterior, el pH del BKBL original se ajustó ligeramente con ácido sulfúrico para separar el 10 %, 20 % y 30 % de lignina (presente el porcentaje de lignina total) del BKBL, respectivamente. Por lo tanto, el BKBL residual tiene un bajo contenido de lignina con 70 %, 80 % y 90 % de lignina en comparación con el BKBL original, respectivamente. Luego, todas las muestras de BKBL se concentraron al 80 % en peso a 80 °C en un horno de secado al vacío, que se denominó BKBLx (p. ej., BKBL70 expresa que el contenido de lignina es del 70 % basado en la lignina total en el BKBL original). Además, se estudió el efecto de la adición de agente de desilicación sobre las propiedades reológicas. BKBL70 se dividió en tres secciones, con 0 %, 0,5 % y 1,5 % del agente de dessilicación NaAlO2 agregado en las tres secciones, respectivamente.

Diagrama esquemático del proceso de preparación de BKBLX.

Los parámetros reológicos de BKBL se probaron usando un reómetro dinámico (AR2000ex, TA, American). La prueba se llevó a cabo utilizando un accesorio de placas paralelas de cobre de 25 mm de diámetro con un espacio de 700 µm entre las partes superior e inferior del accesorio. El rango de velocidad de corte se varió de 0 a 100 s−1 en la prueba de viscosidad aparente, y la frecuencia de vibración se fijó en 0–105 rad/s en la prueba de viscoelasticidad dinámica.

El VIE de BKBL se probó en un horno de mufla (KSY15-16, Yifeng Electric Furnace Co., Shanghai, China). Se pesaron 2,5 g de BKBL con un crisol de corindón y se pusieron en una mufla, y luego la mufla se calentó desde temperatura ambiente hasta 300 °C y se mantuvo durante 1 h para que el licor negro se carbonizara y se expandiera completamente. Se midió el volumen de licor negro carbonizado en crisol de corindón con partículas secas. La relación de volumen a masa se obtuvo como el VIE de BKBL.

Zaman et al. El licor negro encontrado con alto contenido de sólidos es un fluido no newtoniano. Su viscosidad y viscoelasticidad aumentan con el aumento del contenido de sólidos. Además, utilizó la "ley de potencia" para ajustar los cambios de viscosidad dentro del rango de prueba, estimó el valor de viscosidad y el valor del módulo viscoelástico del licor negro a mayor contenido de sólidos y temperatura a través de estos modelos25,26,27. Sinquefield descubrió que la viscosidad del licor negro de pulpa de madera con un contenido de sólidos de 10 a 30 % aumentaba con el aumento del contenido de sólidos28. Jawaid et al. encontraron que la viscosidad del licor negro de pulpa de madera de concentración media (nota: contenido de sólidos 37–47%) aumentó con el aumento del contenido de sólidos29. Wallmo descubrió que cuando la cantidad de extracción de lignina era del 60 %, la viscosidad del licor negro disminuía en un 75 % (nota: contenido de sólidos del 50 %)30. Moosavifar et al. encontró que después de la eliminación de la lignina, la viscosidad puede reducirse en un orden de magnitud como máximo, y el punto de ebullición del licor negro también disminuirá correspondientemente31. En los estudios anteriores, la base del objeto es el licor negro de pulpa de madera. Por lo tanto, es necesario estudiar el licor negro de pulpa no maderera. Zhang y Sun estudiaron las características viscoelásticas dinámicas de BKBL con concentración media y el efecto del agente de dessilicación32,33. Con el fin de mejorar la capacidad de tratamiento del licor negro, concluyeron que la tendencia futura es separar parte de la lignina del licor negro antes de enviarla a la caldera de recuperación de álcali para la combustión. Sin embargo, se debe prestar atención a la viscoelasticidad dinámica de BKBLX con bajo contenido de lignina y alto contenido de sólidos.

La viscosidad de BKBL afecta el transporte de la bomba y la eficiencia de evaporación. Los resultados de la viscosidad aparente de BKBLx se muestran en la Fig. 2. La viscosidad aparente de BKBL y BKBLx originales disminuye significativamente con el aumento de la velocidad de cizallamiento a 98 °C. La curva de BKBL90 y BKBL80 es similar a la de BKBL original, pero la viscosidad y la tasa de espesamiento disminuyeron con la disminución del contenido de lignina. La viscosidad aparente de BKBL70 mantiene una tendencia a la baja dentro del rango de prueba y no se observa espesamiento por cizallamiento. La razón principal es la disminución de la fuerza de la estructura de la red formada en BKBL70 debido a la reducción significativa del contenido de lignina en BKBL70, que podría destruirse sin un alto cizallamiento. Comparado con el trabajo previo de nuestro grupo, se encuentra que la viscosidad aparente de BKBL70 es aproximadamente la misma que la de BKBL pasivado a la velocidad de corte de 100 s−1 cuando tienen el mismo contenido sólido. Por lo tanto, el propósito de la reducción de la viscosidad se puede lograr mediante la extracción de algo de lignina en el proceso de producción comercial, y la sección de pasivación se puede eliminar en el sistema de recuperación de álcali o se puede acortar el tiempo de pasivación, a fin de reducir efectivamente el consumo de energía en la recuperación de álcali. sistema.

ηa versus γ para BKBLX (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

La razón por la cual la reducción del contenido de lignina ayuda a reducir la viscosidad del licor negro es que en el proceso de precipitación ácida, la lignina se separa paso a paso. Primero se separó la lignina con el mayor peso molecular. La fuerza de la estructura de la red formada por la lignina disminuye cuando disminuye el contenido de lignina, lo que se manifiesta por la disminución de la viscosidad del licor negro.

El adelgazamiento por cizallamiento de la viscosidad aparente de BKBL se puede explicar mediante la "teoría del cambio conformacional del polímero". BKBL con alto contenido de sólidos solo contiene una pequeña cantidad de agua, y existen macromoléculas orgánicas que incluyen lignina en forma de largas cadenas lineales. Siempre que la longitud de algunas cadenas moleculares sea mayor que cierto valor, las cadenas moleculares se enredarán entre sí y formarán flóculos enredados en algún lugar del licor negro. El número de flóculos entrelazados se encuentra en un equilibrio dinámico, y se puede formar una estructura de red con los polímeros en el licor negro cuando se rompe el equilibrio. Parte de la energía se almacena en la red interna durante el flujo de BKBL, y el rendimiento externo es que BKBL tiene una alta viscosidad y es difícil de fluir. A medida que BKBL se somete a cizallamiento continuo, la dirección de sus cadenas moleculares internas desordenadas es gradualmente consistente con la fuerza de cizallamiento (como se muestra en la Fig. 3). En este momento, el efecto de corte se usa directamente para el flujo de BKBL, y el desempeño externo es una fuerte disminución en la viscosidad aparente de BKBL.

Cambio de orientación de la lignina en BKBLx bajo el campo de flujo de cizalla.

Previamente, algunos investigadores estudiaron el efecto de dessilicación del agente de dessilicación de aluminio, el agente de dessilicación de magnesio, el agente de dessilicación de boro y el agente de dessilicación compuesto en la pulpa de paja de trigo BKBL. La investigación se centró principalmente en la eficiencia de desilicación del agente de desilicación, y no se han estudiado las propiedades reológicas del BKBL original y el BKBL desilicatado. Nuestro equipo de investigación estudió el efecto del agente de desilicación en la viscosidad aparente de BKBL con alto contenido de sólidos, y se eligió el BKBL70 como objeto para estudiar la influencia del agente de desilicación, los resultados se muestran en la Fig. 4.

Relación entre ηa versus γ para BKBL70 con la carga de aluminato de sodio (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

Se pudo ver en la figura 4 que el agente de dessilicación tuvo un cierto efecto positivo sobre la reducción de la viscosidad. El agente de desilicación NaAlO2 contiene Na+, y Na+ puede combinarse con las macromoléculas de lignina en el licor negro, lo que aumenta la fuerza de repulsión electrostática entre las macromoléculas de lignina. Además, el NaAlO2 es alcalino. La lignina de cadena larga se rompe en lignina de cadena corta bajo la acción de OH−. La fuerza de la estructura molecular formada por la cadena larga de lignina disminuye y la viscosidad del licor negro disminuye.

La relación entre ηa y. γ se reveló en la Fig. 5. En la Fig. 5 se puede ver que las muestras BKBL70 con agente de dessilicación muestran un espesamiento por cizallamiento a 80 °C, mientras que no a 98 °C. Combinado con los higos. 2 y 3, se infiere que no solo el contenido de lignina sino también la temperatura afectan el espesamiento por cizallamiento, y el espesamiento por cizallamiento es causado por el entrelazamiento de la cadena molecular larga de lignina. En nuestra opinión, la orientación uniforme de las cadenas moleculares de lignina bajo la fuerza de corte no es la única explicación para el adelgazamiento por corte de BKBL, la teoría del líquido similar al caucho también es aplicable para explicar el fenómeno de adelgazamiento por corte de BKBL. Según la teoría, las cadenas moleculares en el licor negro podrían producir el comportamiento de entrelazamiento que está controlado principalmente por el movimiento térmico molecular. La velocidad a la que se destruyen los flóculos entrelazados por cizallamiento o calentamiento es mayor que la velocidad a la que se generan.

ηa versus γ para BKBL70 a diferentes temperaturas (Nota: 80 % en peso, BKBL70).

De hecho, es imposible aumentar la temperatura del licor negro indefinidamente. Cuando el contenido de sólidos alcanza un cierto límite, el efecto de la temperatura sobre la viscosidad no es el factor principal. Por lo tanto, la viscosidad solo puede reducirse aún más separando parte de la lignina. Lo más importante es que la separación de parte de la lignina puede mejorar la capacidad de tratar el licor negro al reducir la carga de calor de la caldera de recuperación de álcali.

El módulo de almacenamiento G', también conocido como módulo de elasticidad, se refiere a la energía almacenada debido a la deformación elástica (reversible) de los materiales durante la deformación, lo que refleja la propiedad elástica-sólida de los materiales. Módulo de pérdida, G″, es decir, módulo de viscosidad, se refiere a la energía perdida debido a la deformación viscosa (irreversible) de los materiales durante la deformación, reflejando el flujo viscoso de los materiales.

Como puede verse en la Fig. 6, G″ y G″ de BKBLx primero disminuyen ligeramente y luego aumentan con el aumento de la frecuencia de oscilación. Además, G″ siempre es mayor que G″, lo que indica que la deformación reversible es mayor que la deformación irreversible para BKBLx. La disminución en el contenido de lignina es responsable de la disminución de G′ y G″, lo que indica que la viscoelasticidad disminuye. Incluso cuando BKBLx encuentra codos, válvulas, boquillas y otras estructuras en el proceso de bombeo, los obstáculos de movimiento que encuentra BKBLx son mucho menores que los que encuentra el BKBL original en el transporte de tubería recta normal.

G′ y G″ versus ω para BKBLX (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

La viscosidad dinámica η′ se refiere a la tasa de cambio del módulo de pérdida G″ con la frecuencia angular ω. La viscosidad dinámica puede eliminar el error de medición de la viscosidad aparente causado por la deformación elástica durante el flujo de algunas muestras de BKBL, por lo que medimos la viscosidad dinámica para evaluar la fluidez del licor negro. La Figura 7 muestra el efecto del contenido de lignina sobre la viscosidad dinámica η' de BKBL. Puede verse en la Fig. 7 que las curvas η′ de BKBLx y BKBL original muestran la tendencia del adelgazamiento por cizallamiento, que es similar a la tendencia de la viscosidad aparente ηa. Esto probó además que la separación de algo de lignina es beneficiosa para el bombeo y transporte de BKBLx.

Relación entre η′ versus ω para BKBLX (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

Se puede ver en la Fig. 8 que G' y G" de BKBL70 aumentaron cuando se añadió NaAlO2 a una frecuencia de oscilación cero. Con el aumento de la frecuencia de oscilación, G′ y G″ disminuyeron rápidamente al principio, y luego comenzaron a aumentar cuando la frecuencia de oscilación superaba los 10 rad/s. El módulo viscoelástico de BKBL70 con la adición de agente de dessilicación fue menor que el del BKBL70 original. Es decir, el agente de dessilicación tiene poco efecto adverso sobre la viscoelasticidad del licor negro a alta frecuencia de oscilación.

G′ y G″ versus ω para BKBL70 con la carga de aluminato de sodio (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

Se puede ver en la Fig. 9 que el patrón de variación de la viscosidad dinámica η′ de BKBL70 con la frecuencia angular es similar al de la viscosidad aparente ηa, y todos muestran una tendencia de adelgazamiento por cizallamiento. A baja frecuencia de oscilación, el agente de destilación hace que ηa aumente, lo que indica que la pérdida de energía cinética viscosa de BKBL aumenta en este momento. La viscosidad aparente de las muestras BKBL disminuye al agregar el agente de desilicación NaAlO2, lo cual es consistente con los resultados anteriores.

η′ versus ω para BKBL70 con la carga de aluminato de sodio (Nota: 80 % en peso, 98 °C).

En cuanto a BKBL70, la razón por la que la viscosidad dinámica con NaAlO2 al 0,5% es mayor que con NaAlO2 al 1,5% es que la viscosidad del primero es mayor que la del segundo, y la pérdida de energía cinética causada por la alta viscosidad también es mayor. Cuando la frecuencia angular está cerca de 100 rad/s, la viscosidad dinámica de BKBL70 con 1,5 % de agente de dessilicación es menor, porque la viscosidad dinámica está más cerca de la viscosidad real que la viscosidad aparente a alta frecuencia de oscilación. Esto muestra que la viscosidad de BKBL70 disminuye con el aumento de la cantidad de agente de dessilicación.

La figura 10 muestra el efecto de la temperatura sobre la viscosidad dinámica. A baja frecuencia de oscilación, la viscosidad dinámica de BKBL70 a 80 °C es mucho más baja que a 98 °C, lo que indica que BKBL70 es principalmente sólido elástico a 80 °C. La viscosidad dinámica tiende a ser la viscosidad real con el aumento de la frecuencia angular, y la razón es que el papel principal de la tensión es hacer que BKBL70 sufra una deformación elástica. La viscosidad dinámica de BKBL70 disminuye rápidamente a 98 °C y es ligeramente inferior a la de 80 °C cuando la frecuencia de oscilación es cercana a 100 rad/s. Esto demuestra aún más la importancia de las altas temperaturas para el transporte de BKBL.

η' versus ω para BKBL70 a diferentes temperaturas (Nota: 80 % en peso, BKBL70).

El efecto de cizallamiento y la tensión en BKBL en el transporte por tuberías y la atomización de boquillas son mucho más altos que los del proceso de prueba de laboratorio. Por lo tanto, es razonable especular que agregar el agente de destilación de NaAlO2 causará un efecto adverso pequeño en la viscosidad pero un cierto efecto de reducción de la viscosidad cuando se bombean BKBL70 a la caldera de recuperación de álcali.

Los fabricantes de papel pueden juzgar la dificultad de concentración y sequedad del licor negro en la caldera y predecir el grado de hinchamiento de la capa inferior de acuerdo con el VIE del licor negro. Cuanto mayor sea el valor de VIE, más hinchado el lecho inferior y cuanto más fácil pase el aire a través del lecho, mejor será el efecto real de la combustión. El VIE de licor negro de pulpa de paja es el más pequeño entre las diversas materias primas de licor negro debido a su alto contenido de silicio y alta viscosidad. Por lo tanto, es esencial asegurarse de que el VIE de BKBLx sea mayor que el del licor negro de pulpa de paja, para que se pueda formar un buen lecho en el fondo de la caldera de recuperación de álcali.

Se indicó que el efecto del contenido de lignina y NaAlO2 VIE de BKBL se midió mediante VIE de BKBLx en la Fig. 11. Sin agregar agente de desilicación, el VIE de BKBLx disminuye con la disminución del contenido de lignina, y el VIE de BKBL original es casi el doble de BKBL70, lo que indica que el contenido de lignina tiene una gran influencia en el VIE de BKBLx, lo que se debe a la liberación de gas durante la descomposición térmica de la lignina. Se concluye que el motivo de la disminución de VIE es la disminución de las emisiones de gases por la disminución del contenido de lignina en BKBLx34. Aunque la disminución del contenido de lignina conduce directamente a la disminución de la VIE de BKBLx, el aumento de la VIE será más evidente en presencia de factores promotores. El impacto sobre el agente de dessilicación de NaAlO2 en VIE puede deberse al efecto de reducción de la viscosidad del NaAlO2. Se puede ver a partir de la investigación anterior que la adición de NaAlO2 puede reducir efectivamente la viscosidad aparente de BKBL a velocidad de cizallamiento cero y mejorar el módulo elástico de BKBL a frecuencia de oscilación cero. Por lo tanto, agregar una pequeña cantidad de agente de destilación puede promover significativamente la VIE de BKBL.

VIE de BKBLx con la carga de agente de desilicación.

Los cambios de la VIE de BKBL y BKBL70 pasivados con diferentes agentes de dessilicación se muestran en la Fig. 12. NaAlO2 tiene una clara influencia de mejora en la VIE debido a su reducción de la viscosidad, y el agente de dessilicación ácido Al2 (SO4) 3 no tiene un efecto significativo. La razón es que Al2(SO4)3 conduce al aumento de la viscosidad y las propiedades sólidas elásticas de BKBL, y la mejora de las propiedades sólidas elásticas y el efecto obstaculizador del aumento de la viscosidad pueden compensarse entre sí. Por lo tanto, el VIE de BKBL no cambiará significativamente. La VIE de BKBL70 con agente de dessilicación de NaAlO2 alcalino fue un 62,72 % más alta que la de BKBL pasivado. Además, una pequeña cantidad de agente de dessilicación puede reducir el efecto adverso de la lignina extraída en el rendimiento de expansión de BKBL. En este trabajo, la tasa de desilicación es la más alta y mientras tanto el valor VIE alcanza el máximo, cuando la cantidad de agente de desilicación es de 1,5%.

Efecto promotor del agente de dessilicación en VIE de BKBL70. La cantidad de agente de dessilicación (basado en el contenido total de lignina en BKBL).

En resumen, la separación de algo de lignina no solo puede disminuir en gran medida la viscosidad de BKBL, sino también reducir su efecto adverso sobre el rendimiento de expansión mediante la adición de agente de dessilicación. Además, el uso combinado del "Proceso de separación parcial de lignina" y la "Desilicación del licor verde a través del Proceso de combustión del licor negro" puede mejorar la capacidad de procesamiento de BKBL y, en última instancia, ayudar a mejorar la capacidad de producción de pulpa.

Para mejorar la capacidad de la caldera de recuperación de álcali para tratar BKBL y reducir el impacto de la "interferencia de silicio", se separó un cierto porcentaje de lignina de BKBL, y tenemos la intención de enviar el BKBL restante con bajo contenido de lignina a la recuperación de álcali existente. caldera. Por lo tanto, estudiamos la reología y VIE de BKBL con alto contenido de sólidos y bajo contenido de lignina, y el efecto del agente de desilicación sobre ellos. La viscosidad y VIE de BKBL están estrechamente relacionados con el contenido de lignina. Con la disminución del contenido de lignina, disminuyen la viscosidad aparente y la VIE de BKBLX. Cuando se separó el 30% de lignina del BKBL original, la viscosidad aparente del licor negro restante-BKBL70 fue similar a la del BKBL pasivado con el mismo contenido de sólidos, y el módulo de almacenamiento y el módulo de disipación fueron menores que los del BKBL original. . El VIE de BKBL70 es más pequeño que el del BKBL pasivado con el mismo contenido de sólidos en un 57,2 %. BKBL70 tiene una tendencia de transición de fluido no newtoniano a fluido newtoniano, pero el VIE disminuye demasiado, lo que induce a que BKBL70 no pueda formar un colchón. con un buen rendimiento intumescente en el fondo de la caldera de recuperación de álcali. La influencia adversa sobre la disminución del contenido de lignina de VIE se puede compensar agregando agente de desilicación de NaAlO2, y la VIE de BKBL70 aumenta significativamente con la adición de un 1,5 % de agente de desilicación de NaAlO2 en un 62,7 % más que el licor negro de pasivación. Además, la viscosidad aparente de BKBL disminuye con la adición de una pequeña cantidad de agente de destilación de NaAlO2 y las propiedades reológicas de BKBL70 no se ven claramente afectadas, lo que es beneficioso para el bombeo y transporte de BKBL.

Los datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Los autores desean agradecer a la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (21978161), el apoyo financiero del proyecto de la Administración Estatal de Asuntos de Expertos Extranjeros (GDT20186100425) y el Proyecto de Fondo del Equipo de Líderes Académicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shaanxi (2013XSD25 ).

Facultad de Ingeniería Química y de Materiales de Biorecursos, Universidad de Ciencia y Tecnología de Shaanxi, Xi'an, 710021, China

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo y Xiaoopeng Yue

Centro Nacional de Demostración para la Educación en Ingeniería de Química Ligera Experimental, Universidad de Ciencia y Tecnología de Shaanxi, Xi'an, 710021, China

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo y Xiaoopeng Yue

Laboratorio clave de materiales funcionales a base de papel, Industria ligera nacional de China, Universidad de ciencia y tecnología de Shaanxi, Xi'an, 710021, China

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo y Xiaoopeng Yue

Laboratorio clave de Shaanxi sobre tecnología del papel y papeles especiales, Universidad de ciencia y tecnología de Shaanxi, Xi'an, 710021, China

Shenglin Chen, Yongjian Xu, Kangkang Guo y Xiaoopeng Yue

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SC: Metodología, Análisis formal, Curación de datos, Visualización, Borrador original. YX: Conceptualización, Supervisión, Revisión y Edición, Adquisición de Financiamiento. KG: Recursos, Investigación. XY: revisión y edición.

Correspondencia a Yongjian Xu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Chen, S., Xu, Y., Guo, K. et al. Propiedades reológicas y expansividad volumétrica isotérmica del licor negro kraft de bambú con alto contenido de sólidos y bajo contenido de lignina. Informe científico 13, 2400 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29350-0

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Recibido: 27 noviembre 2022

Aceptado: 02 febrero 2023

Publicado: 10 febrero 2023

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

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