碱性预浸渍与级间洗涤强化油棕空果串苏打-蒽醌（soda-AQ）制浆

《ACS Omega》：Alkaline Pre-Impregnation and Inter-Stage Washing for Enhanced Soda-AQ Pulping of Oil Palm EFB

　　

在油棕空果串（EFB）进行苏打-蒽醌（soda-AQ）制浆前实施碱性预浸渍，可将原料转化为高脱木素、高强度的纤维素基体。研究人员建立23因子设计，评估预浸渍变量（温度、时间、碱用量）相对于常规苏打-蒽醌制浆的主效应与交互效应。纸浆得率无变化，但纸浆与纸张性能受显著的主效应及双向交互效应调控；其中温度主导纸浆黏度、耐破指数与撕裂指数。基于此，研究人员在固定低温以保全纤维完整性的前提下引入级间洗涤步骤，其余条件由因子模型锚定。该集成序列通过去除溶解木素并最大限度保留结构半纤维素以促进纤维结合，显著优于常规及未洗涤两段工艺，获得更低卡伯值（10.4）及更高抗拉（22.68 N·m/g）、耐破（4.40 kPa·m2/g）与撕裂（8.36 mN·m2/g）指数，为农业残余物低温高效转化高强度生物基材料提供框架。

研究背景方面，全球纸品需求持续增长，木材纸浆主导原料供应，但森林采伐带来生态压力，可持续认证覆盖有限；非木材生物质尤以油棕空果串（EFB）因聚糖含量高、木素含量低且厂内直供具备物流优势，却利用率不足50%。EFB纤维短于针阔叶木，虽柔韧易成键，但短纤维限制强度提升。研究人员前期在红麻上证实碱性预浸渍可强化苏打-AQ制浆，而EFB系统研究缺失，故开展本项工作。论文发表于《ACS Omega》。

关键技术方法上，研究人员以马来西亚槟城厂内EFB松散纤维为原料，设2³全因子设计（温度50/65℃、时间2/4 h、碱量5/8%）进行碱性预浸渍（液比7:1），后续固定160℃、2 h、液比8:1、0.1%蒽醌（AQ）完成苏打-AQ蒸煮；分组对比无级间洗涤与浸后自来水充分洗涤再调碱两组，并以常规一段苏打-AQ为对照。响应面经Design-Expert拟合含双向交互的线性模型，纸浆卡伯值、黏度、得率、手抄片抗拉/耐破/撕裂指数及亮度按TAPPI标准测试。

研究结果部分，3.1节两水平因子设计分析显示，得率在50.9–54.0%间波动且模型不显著（预测R²负、适切精度1.15），表明区间内得率受噪声主导；卡伯值、黏度、三项强度指数及亮度模型均显著（p<0.05，R² 0.9164–0.9998）。3.2.1节纸浆得率指出两段工艺较一段（50.0%）略高，温和浸渍保半纤维素（24.9%升至26.1%）且预耗碱降低主蒸煮有效碱浓度，抑制聚糖过度溶出。3.2.2节卡伯值表明温度正向、时间/碱量负向作用；tA_c与Tt交互显著，高温短时或低温长时配中等碱量脱木素优，双高条件因预浸耗碱反令主段有效碱不足，卡伯值回升。3.2.3节纸浆黏度中温度、时间正向、碱量负向，TA_c交互显著；两段浆黏度（21.44–25.24 cP）均低于一段（26.16 cP），源于保留低聚合度半纤维素及预浸终止聚糖剥皮反应。3.2.4至3.2.6节强度与亮度显示温度主导黏度、耐破、撕裂；抗拉受Tt、TA_c正向及tA_c负向交互；耐破受T正向t/Ac负向；撕裂随T、t升而增；亮度受t负向、Ac正向及tAc负向交互。基于因子结论，研究人员选低温50℃锚定纤维完整性，浸后加级间洗涤去除废液与残碱，主蒸煮补碱至总25%，所得浆卡伯值10.4、抗拉22.68 N·m/g、耐破4.40 kPa·m²/g、撕裂8.36 mN·m²/g，全面优于对照。

讨论与结论翻译部分，研究人员指出碱性预浸渍通过适度耗碱与均匀渗透，在主段高温下平衡脱木素与聚糖保留；级间洗涤移出溶解木素与残碱，避免其参与主段副反应，同时结构半纤维素留存促进纤维结合，从而低温（50℃预浸）即获高强度低卡伯值浆。该策略为EFB等非木材农业残余物提供低能耗、高值化制浆路径，意义在于缓解木材依赖、厂内废料增值及缩短纤维缺陷补偿。结论确认：预浸渍变量中温度对黏度及强度指数主控；固定低温+级间洗涤的两段苏打-AQ序列在得率不变下，卡伯值降至10.4并全面提升抗拉、耐破、撕裂指数，构成高效低温农业残余物增值框架。