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이산화염소 표백단계와 킬레이트 처리단계 동시 진행 시 킬레이트 종류가 사탕수수 Soda-AQ 펄프 표백에 미치는 영향
Effect of Sugarcane Bagasse Soda-AQ Pulp Bleaching Properties by Type of Chelate Compounds and Simultaneous Process of (DQ) Stage 원문보기

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.44 no.1, 2016년, pp.147 - 155  

이재성 (충북대학교 농업생명환경대학 목재종이과학과) ,  신수정 (충북대학교 농업생명환경대학 목재종이과학과)

초록
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본 연구는 사탕수수 부산물 펄프Element Chlorine Free (ECF) 표백 처리할 때 마지막 과산화수소 표백단계를 추가하여 최종 표백 펄프의 잔류 이산화염소를 제거하고, 총 이산화염소 사용량을 제거하고자 하였다. 특히 과산화수소 표백단계를 효과적으로 사용하기 위한 킬레이트 처리 단계를 반응 조건이 비슷한 이산화염소 표백 단계와 동시 진행하였을 때, 개별적으로 킬레이트 처리를 진행한 표백 펄프의 표백 특성을 비교하였다. 총 이산화염소 사용량이 4.5%(w/w oven dried pulp)일 때 EDTA의 경우 킬레이트를 동시 처리할 때 백색도와 점도는 각각 87.0% ISO와 25.8 cPs로 개별 처리하는 경우 보다 더 높은 표백 특성(86.4% ISO, 25.2 cPs)을 나타냈다. 반면 DTPA를 킬레이트 화합물로 사용하는 경우 동시처리 시(83.9% ISO, 21.9 cPs) 개별처리(86.8% ISO, 25.6 cPs) 보다 표백 특성이 낮은 수준을 나타냈다. 특히 EDTA를 킬레이트 화합물로 사용시 잔류 전이금속(망간 이온, 철 이온) 농도가 개별처리 시 0.65 ppm, 66.74 ppm으로 나타난 반면 동시 처리시 0.52 ppm과 55.68 ppm으로 킬레이트 처리 효과가 향상됨을 확인할 수 있다. DTPA는 동시 처리시 0.71 ppm과 116.88 ppm의 망간 이온, 철 이온 농도가 나타난 반면 개별 처리시 0.56 ppm, 86.17 ppm의 농도로 동시 처리 시 킬레이트 처리 능력이 감소됨을 알 수 있다. 이를 통해 킬레이트 화합물 종류와 처리 방법에 따라 킬레이트 효과의 차이가 나타나며, 효율적인 공정을 위해서는 EDTA를 킬레이트 화합물로 이산화염소 표백단계와 동시 처리하는 것이 표백 효율과 공정효율을 위해 유리한 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pulp made from sugarcane bagasse (SCB) was bleached in element chlorine free (ECF) sequence. The peroxide bleaching process for the final bleaching process has been introduced in order to reduce the use of chlorine dioxide. Prior to peroxide bleaching, different chelating chemicals were applied. Whe...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 고지(Lee et al., 2014) 또는 비목재 섬유(Kim et al., 2014)를 활용하여 목질 자원을 대체하고자 하는 최근 제지업계의 연구 동향에 발맞추어 본 실험에서는 선행 연구에 사용된(Lee and Shin, 2015) 사탕수수 부산물 화학펄프를 활용하여 ECF 표백 시 과산화수소 표백단계를 추가하여 총 이산화염소 사용량을 감소시키고 표백 후 잔류 염소계 화합물을 제거하기 위한 모델을 설계하였다. 그 첫 단계로 DEDP 표백펄프의 점도와 백색도를 측정 후, Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), Diethylenetetraminepentaacetic acid (DTPA) 2가지의 킬레이트 화합물을 사용하여 킬레이트 단계를 추가한 DEDQP 표백 공정 진행하였을 때의 점도와 백색도와 비교하여 표백 효율 향상을 확인하였으며(Lee et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전이금속에 의한 Fenton반응은 어떤 문제점이 발생할 수 있는가? , 2004). 특히 산화제의 분해로 인한 표백 효율 감소 뿐 아니라, Fenton 반응 과정 중 발생하는 수산기 라디칼 또는 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼의 경우 반응의 선택성이 없어 리그닌이 풍부한 반응 초기에는 리그닌을 공격하지만 시간이 경과함에 따라 셀룰로오스의 분해를 야기하며 이는 펄프의 점도 및 강도 손실로 나타나는 치명적인 단점이 될 수 있다(Kim and Yoon, 2006). 전이금속을 제거하기 위한 공정으로 산 세척과 킬레이트 처리가 일반적으로 사용된다.
ECF 공정에 사용되는 이산화염소의 장점은? ECF 공정에 사용되는 이산화염소는 산소계 표백 제인 오존 보다 가격이 저렴하고 과산화수소 보다 산화력이 강하여 펄프를 효과적으로 표백할 수 있다. 이산화염소는 높은 산화수를 갖는 산화제로 리그닌을 분해시킬 수 있다.
최근의 표백 공정은 어떻게 구분되는가? 최근의 표백 공정은 어떠한 형태의 염소도 사용하지 않는 Total Chlorine Free (TCF) 공정(Abrantes et al., 2007)과 인체에 특히 유해한 하이포아염소산과 염소를 사용하지 않는 Element Chlorine Free (ECF) 공정으로 구분될 수 있다(Seco et al., 2008).
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참고문헌 (16)

  1. Abrantes, S., Amaral, E., Costa, P., Shatalov, A., Duarte, P. 2007. Hydrogen peroxide bleaching of Arundo donax L. kraft-anthraquinone pulp - effect of a chelating stage. Industrial Crops and Products 25: 288-293. 

  2. Ahn, C.-D., Seo, J.-H., Kim, H.-J., Chung, S.-H. 2014. Evaluation of brightness and environmental load by hydrogen peroxide bleaching conditions of TMP. Jounal of Korea TAPPI 46(3): 20-27. 

  3. Axegard, P., Renberg, L. 1989. The influence of bleaching chemicals and lignin content on the formation of polychlorinated dioxins and dibenzofurans. Chemosphere 19: 661-668. 

  4. Basta, J., Holtinger, L., Hook, J. 1991. Controlling the profile of metals in the pulp before hydrogen peroxide treatment. Proceedings of 6th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry Vol 1: 237-244. 

  5. Carvalho, M.G.V.S., Carvalho, N.M.V., Loureiro, P.E.G. 2008. Performance of a final hydrogen peroxide stage in the ECF bleaching of Eucalyptus D0E0PD1 kraft pulps. Tappi Journal 7: 8-13. 

  6. Kim, J.-K., Choi, K.-H., Lee, M.-K. 2014. Permanent characteristics of the handsheet mixed with hemp bast fiber. Journal of Korea TAPPI 46(6): 71-77. 

  7. Kim, J.-K., Choi, K.-H., Seo, J.-H., Lee, M.-K. 2015. Bleachability of hemp bast fiber by chlorine dioxide. Journal of Korea TAPPI 47(4): 109-114. 

  8. Kim, S.-J., Yoon, B.-H. 2006. Catalytic decomposition of hydrogen peroxide by transition metal ions. Journal of Korea TAPPI 38(3): 79-84. 

  9. Lee, M.-W., Lee, Y.-H., Jung, J.-K., Seo, Y.-B. 2014. Application of in-situ $CaCO_{3}$ formation method for better utilization of recycled fibers (2) - comparison with $CaCO_{3}$ addition method and effects of temperature -. Journal of Korea TAPPI 46(5): 27-34. 

  10. Lee, J.-S., Shin, S.-J. 2015. Chlorine dioxide bleaching properties of sugarcane bagasse pulp and oil palm trunk pulp. Journal of Korea TAPPI 47(4): 13-20. 

  11. Lee, J.-S., Song, W.-Y., Park, J.-M., Shin, S.-J. 2015. Effect on bleaching efficiency by chelating treatment in sugarcane bagasse DEDP bleaching process. Journal of Korea TAPPI 47(4): 80-86. 

  12. Marcon, J., Mortha, G., Marling, N., Molton, F., Duboc, C., Brunet, A., Petit-Conil, M. 2015. Investigations on the decomposition mechanism of chlorine dioxide at alkaline pH, 2015 Proceedings of 18th International Symposium on Wood. Fiber and Pulping Chemistry: 280-283. 

  13. Seco, I.M.C., Neto, C.P., Silvestre, A.J.D. 2008. Strategies to reduce the brightness reversion of industrial ECF bleached Eucalyptus globulous kraft pulp. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 83: 218-226. 

  14. Toven, K., Gellerstedt, G., Kleppe, P., Moe, S. 2002. Use of chlorine dioxide and ozone in combination in prebleaching. Journal of Pulp and Paper Science 28(9): 305-310. 

  15. Yoon, B.-H., Kim, S.-J., Choi, K.-H., Kim, Y.-H. 2003. Interaction of oxygen and chlorine dioxide in pulp bleaching (1) -Studies on the degradation of lignin model compounds-. Journal of Korea TAPPI 36(1): 37-42. 

  16. Yoon, B.-H., Kim, S.-J., Choi, K.-H., Kim, Y.-H. 2004. Interaction of oxygen and chlorine dioxide in pulp bleaching (II) - Studies on the degradation of carbohydrates-. Journal of Korea TAPPI 36(1): 37-42. 

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