कागज पल्प उद्योगमा सोडियम सल्फाइट किन प्रयोग गरिन्छ?

सल्फाइट पल्पिङ प्रक्रियामा सोडियम सल्फाइटको भूमिका

गैर-काठका तन्तुहरूमा सोडियम सल्फाइटले चयनात्मक डिलिग्निफिकेशनलाई कसरी सक्षम बनाउँछ

गहुँको तन्ना वा खड्री जस्ता पदार्थहरूमा लिग्निनलाई विघटित गर्दा सोडियम सल्फाइटले धेरै राम्रो नतिजा दिन्छ, जसले लिग्निनको ८५ देखि ९२ प्रतिशत सम्म हटाउँछ। यो काम राम्रोसँग भएको कारण यो हो कि सल्फाइटले लिग्निन संरचनाका बीटा-ओ-४ बन्डहरूलाई लक्षित गर्छ जबकि सेलुलोजलाई अक्षुण्ण राख्छ। अन्तिम नतिजा? गत वर्ष पल्पिङ साइन्स रिभ्युमा प्रकाशित अनुसन्धान अनुसार, पारम्परिक क्राफ्ट विधिहरूको तुलनामा पल्पको उत्पादन ६ देखि ११ प्रतिशत बढ्छ। र रोचक कुरा यो छ कि यो सबै प्रायः pH स्तर १.५ देखि ३ को बीचमा रहेको अम्लीय अवस्थामा हुन्छ। यी न्यून pH मानहरूमा, वास्तविक सल्फाइट आयनहरूले लिग्निन अणुहरूका फिनोलिक भागहरूलाई लक्षित गर्छन्, जसले गुणस्तरीय पल्प उत्पादनको लागि संरक्षित राख्न चाहिने कार्बोहाइड्रेट संरचनाहरूलाई बिगार्न नदिई ती ईथर जडानहरूलाई प्रभावकारी ढंगले काट्छन्।

अम्लीय सल्फाइट प्रतिक्रियाहरू र लिग्निन विलयनको रसायन विज्ञान

१३० देखि १५० डिग्री सेल्सियसको बीचमा तातो पार्दा सोडियम सल्फाइटले बिष्फर्ट आयन (HSO3-) सिर्जना गर्छ जुन विशिष्ट कार्बन बिन्दुहरूमा लिग्निन अणुहरूमा जोडिन्छ, अन्ततः लिग्नोसल्फोनेटको रूपमा चिनिने पानीमा घुल्ने यौगिकहरू सिर्जना गर्छ। पार्चा रसायन जर्नलमा गत वर्ष प्रकाशित भएको अनुसन्धानले यस प्रतिक्रियाको लागि pH लाई लगभग २.२ मा सेट गर्नु सबैभन्दा उत्तम हुन्छ भनेर सुझाव दिन्छ, जसले दुई घण्टामै चामलको तन्नाबाट लगभग तीन चौथाइ लिग्निन घोल्न अनुमति दिन्छ। प्रतिक्रियाको प्रगतिलाई हेर्दा, यो वैज्ञानिकहरूले झूठा प्रथम क्रमको गतिविधि भनेर चिनाउने किनेटिक्सको अनुसरण गर्ने देखिन्छ, जसलाई सुरु गर्न प्रति मोल ९८ किलोजुल ऊर्जाको आवश्यकता पर्दछ। यसले उपचारको क्रममा सेल्युलोज संरचनालाई धेरै क्षति नपुर्याउँदै लिग्निनलाई विघटित गर्न पूरै प्रक्रियालाई प्रभावकारी बनाउँछ।

बाँस र बगासमा अनुप्रयोग: टिकाउ कच्चा पदार्थको लागि अवसर

बाँसमा (लगभग २४ देखि २८%) र बगासमा (लगभग १९ देखि २२%) लिग्निनको स्तरले यी सामग्रीलाई सल्फाइट पल्पिङ प्रक्रियाका लागि उपयुक्त बनाउँछ। केही चिनियाँ कागज मिलहरूले वास्तवमै सोडियम सल्फाइट विधिको प्रयोग गर्दा बाँसबाट लगभग ४८% पल्प उत्पादन प्राप्त गरेको उल्लेख गरेका छन्। यो २०२२ को नन-वुड फाइबर रिपोर्ट अनुसार पारम्परिक क्राफ्ट प्रणालीहरूको तुलनामा लगभग छहरू प्रतिशत बिन्दुले कम हुने तथ्यलाई ध्यानमा राख्दा काफी प्रभावशाली छ। यो अझ रोचक बनाउने कुरा यो हो कि यो व्यापक स्थायी लक्ष्यहरूमा कसरी फिट भएको छ। युरोपेय संघको सर्कुलर इकोनोमी एक्शन प्लानले यस्ता कृषि अपशिष्ट उत्पादनहरूको उपयोग गर्न प्रोत्साहन गर्दछ जसले सदस्य राष्ट्रहरूमा प्रत्येक वर्ष १७% देखि २३% सम्म वन विनाश दर घटाउन मद्दत गर्छ।

सोडियम सल्फाइटसँग सुधारिएको डिलिग्निफिकेशन दक्षता

पकाउने बेला सल्फोनेटेड लिग्निन निर्माणको तंत्र

पकाउँदा, सोडियम सल्फाइट अम्लीय अवस्थामा β-O-4 ईथर बन्डहरूको सल्फोनेशन मार्फत लिग्निन पोलिमरसँग प्रतिक्रिया गर्दछ, जसले तरलमा घुलनशीलता बढाउने जल-आकर्षित व्युत्पन्नहरू उत्पादन गर्दछ। यो प्रक्रियाले कार्बोहाइड्रेटलाई क्षति नगरी बाँस जस्ता अलपत्ते फाइबरमा ७०-८५% लिग्निन हटाउँछ, जसले यसलाई रेशेदार कृषि आधारभूत पदार्थहरूका लागि धेरै प्रभावकारी बनाउँछ।

लिग्निन हटाउने अनुकूलनका लागि तापमान र pH नियन्त्रण रणनीतिहरू

लिग्निन हटाउने दक्षता अधिकतम पार्न तापमान र pH को सटीक नियन्त्रण महत्त्वपूर्ण छ:

९०-१२० मिनेटसम्म १४०°सेभन्दा माथिको तापमान कायम राख्नाले पूर्ण विघटन सुनिश्चित गर्दछ, जबकि तटस्थ अवस्थाको तुलनामा २.८ देखि ३.२ को pH ले लिग्निन हटाउने दक्षतालाई १५-२०% सम्म बढाउँछ, जसले पार्श्व प्रतिक्रियाहरूलाई न्यूनतम पार्दछ।

तुलनात्मक प्रदर्शन: कडा लकडी बनाम कृषि अवशेष

सोडियम सल्फाइट कृषि अपशिष्ट सामग्रीहरू विघटन गर्ने काममा धेरै राम्रोसँग काम गर्छ। उदाहरणका लागि बाँसलाई लिनुहोस्, यसले उचित रूपमा प्रक्रिया गर्दा लिग्निनको लगभग ८५ देखि ९० प्रतिशत हटाउन सक्छ, जुन यूकेलिप्टस जस्ता अधिकांश कठोर लकडीहरूको तुलनामा धेरै राम्रो हुन्छ जसले मात्र लगभग ६५ देखि ७५ प्रतिशत हटाउन सक्छ। यो किन हुन्छ? तथ्यमा, कृषि तन्तुहरूमा सामान्यतया कम सघन लिग्निन संरचना र पातलो कोषहरू हुन्छन्, त्यसैले सल्फाइट घोलले सामग्रीमा धेरै गहिराइसम्म प्रवेश गर्न सक्छ। जब हामी वास्तविक परिणामहरू हेर्छौं, सोडियम सल्फाइट प्रयोग गरेर प्रक्रिया गरिएको गहुँको तिनाले पारम्परिक कठोर लकडी पल्पिङ विधिहरूको तुलनामा लगभग १० देखि १५ प्रतिशत बढी पल्प उत्पादन दिन्छ। यसले गैर-काठको तन्तुहरूको प्रयोग अधिक वातावरणअनुकूल तरिकाले गर्न चाहनेहरूका लागि सोडियम सल्फाइट प्रक्रियालाई आकर्षक विकल्प बनाउँछ।

सुधारिएको तन्तु अलगाव र पल्पको गुणस्तर

राम्रो तन्तु मुक्तिका लागि सल्फाइट आयनहरूद्वारा कोष प्राचीर आधारको स्फोटन

जब सल्फाइट आयनहरू बिरुवाका पदार्थहरूसँग सम्पर्कमा आउँछन्, तिनीहरूले सेलुलोज र लिग्निनका घटकहरूलाई जोडिएको हाइड्रोजन बन्डहरू तोड्छन्। यसले बाँसका डाँठ वा गहुँको तन्नाजस्ता चीजहरूमा पाइने फाइबर संरचनाको हेमिसेलुलोज-लिग्निन भागमा विशिष्ट सुजन ल्याउँछ। २०२२ मा खाद्य प्याकेजिङ र शेल्फ लाइफमा प्रकाशित अनुसन्धानका अनुसार, यो प्रक्रियाले कोषहरूका भित्ताहरूलाई १२ देखि १५ प्रतिशतसम्म फैलाउन सक्छ, जसले पारम्परिक विधिहरूको तुलनामा व्यक्तिगत फाइबरहरूलाई धेरै राम्रोसँग छुट्ट्याउन मद्दत गर्छ। यो विधिको महत्त्व यहाँ छ कि यसले यान्त्रिक परिष्करणको समयमा आवश्यक ऊर्जालाई लगभग १८ देखि २२ प्रतिशतसम्म घटाउँछ, जुन पारम्परिक क्षारीय पल्पिङ विधिहरूको तुलनामा हुन्छ। यसको साथै, अन्य प्रक्रियाहरूको विपरीत, यसले लामो फाइबरहरूलाई अखण्ड राख्छ, जुन पछिका मोल्डेड उत्पादनहरू बनाउनका लागि धेरै महत्त्वपूर्ण हुन्छ।

सोडियम सल्फाइट उपचारपछिको फाइबर आकृति: गहुँको तन्नाको अध्ययन

AFM विश्लेषणको आधारमा, सोडियम सल्फाइटले उपचार गरिएको गहुँको तन्ना फाइबरले साधारण क्राफ्ट प्रक्रियाका फाइबरको तुलनामा सतहका दरारहरू लगभग २३ प्रतिशत कम देखाउँछ, साथै यसमा फाइब्रिल संरेखण लगभग ४०% राम्रो पनि हुन्छ। यो उपचारलाई यति प्रभावकारी बनाउने कुरा भनेको लिग्निन संघनन घटाउने क्षमता हो, जसले फाइबरलाई तरल पदार्थ धेरै राम्रोसँग अवशोषण गर्न पर्याप्त झरझरे बनाइराख्छ, जुन खाद्य प्याकेजिङका लागि उपयुक्त हुन्छ। सुधारिएको संरचनाले यी फाइबरलाई उत्पादनमा निर्माण गर्दा धेरै राम्रोसँग एकअर्कासँग चिप्लने बनाउँछ। हामीले हालका महिनाहरूमा विभिन्न परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी परीक्षणहरूमार्फत यो पुष्टि गरेका छौं।

उच्च-मुक्तता, उच्च-उपज गैर-काठ पल्पको बजार माग पूरा गर्दै

हालका नयाँ थर्मोफर्मिंग प्रक्रियाहरूले सोडियम सल्फाइटले उपचार गरिएको पल्पहरू सिर्जना गर्छन् जसले लगभग ६५० देखि ७०० मिलीलिटर CSF स्वतन्त्रता स्तर प्राप्त गर्छ, जुन पुरानो तकनीकको तुलनामा लगभग एक तिहाई उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रतिनिधित्व गर्दछ। यसले बढी स्वतन्त्रताले निर्माताहरूलाई ढाल बनाइएको पल्पका वस्तुहरू आधा प्रतिशतभन्दा कम पिनहोल दोषका साथ ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्न अनुमति दिन्छ, जसले खाद्य प्याकेजिङ्गका लागि FDA को कठोर आवश्यकताहरू पूरा गर्छ। संख्याहरू हेर्दा, यी प्रक्रियाहरूले लगभग ८२ देखि ८५ प्रतिशत कार्बोहाइड्रेट संरक्षण गर्छन्, जसले खर्च बढाएको बिना नै स्थायी लक्ष्यहरू प्राप्त गर्छ। विशेष गरी प्रभावशाली कुरा यो पनि छ कि कम्पनीहरूले कति धेरै बचत गर्छन्, पारम्परिक लकडी आधारित विकल्पहरूको तुलनामा प्रति टन अठार देखि बाइस डलरसम्म प्रशोधन खर्च घटाएर।

पल्प उत्पादन र कार्बोहाइड्रेट संरक्षण अधिकतम गर्नु

सल्फाइटमा क्राफ्ट प्रक्रियाको तुलनामा हेमिसेल्युलोज विघटन कम भएको

सोडियम सल्फाइट पल्पिङले 4.5 देखि 6.5 को सीमित pH सीमामा सबैभन्दा राम्रो काम गर्छ, जसले एसिड विघटन घटाउन मद्दत गर्छ र पारम्परिक क्राफ्ट प्रक्रियाको तुलनामा लगभग 15 देखि 20 प्रतिशत बढी कार्बोहाइड्रेटलाई अखण्ड राख्छ। क्राफ्ट प्रक्रियाले क्षारीय वातावरण सिर्जना गर्छ जसले हेमिसेल्युलोज घटकहरूको लगभग 30 देखि 40 प्रतिशत विघटन गर्छ। तुलनामा, सल्फाइट प्रणालीले ती महत्त्वपूर्ण सेल्युलोज-हेमिसेल्युलोज जडानहरूको लगभग 85 देखि 90 प्रतिशत कायम राख्न सफल हुन्छ। बाँसको अनुप्रयोगमा विशेष गरी हेर्दा, नयाँ अध्ययनहरूले देखाएको छ कि सल्फाइट पल्पिङ प्रक्रियामा आयनिक तरल पदार्थहरू थप्दा 84 प्रतिशत सेल्युलोज संचय दर कायम राखिन्छ। Gliński र सहकर्मीहरूले 2021 मा प्रकाशित अनुसन्धान अनुसार क्राफ्टले मात्र 67 प्रतिशत प्राप्त गर्दछ, यो त्यसभन्दा धेरै उच्च छ। ढाँचागत बलियोपनमा कमी नगरी सामग्रीको उत्पादन अधिकतम गर्न केन्द्रित उद्योगहरूका लागि यी भिन्नताहरूले ठूलो महत्त्व राख्छन्।

उत्पादन तुलना: सल्फाइट र क्राफ्ट प्रणालीमा युकेलिप्टस प्रशोधन

युकेलिप्टस काठको प्रशोधनको मामिलामा, सल्फाइट पल्पिङ विधि परम्परागत क्राफ्ट विधिहरूको तुलनामा राम्रो परिणाम दिन्छ। सल्फाइट प्रशोधनले लगभग ५२ देखि ५५ प्रतिशत उत्पादन दिन्छ, जसले क्राफ्टको ४८ देखि ५० प्रतिशतलाई पछि पार्छ किनभने यसले अम्ल उपचार प्रक्रियाको समयमा ती मूल्यवान ग्लुकोमैनेनहरूलाई बढी अखण्ड राख्छ। २०२३ को हालैको परीक्षणले पनि एउटा रोचक तथ्य पत्ता लगायो: सल्फाइटले उपचार गरिएको युकेलिप्टसले लगभग १८.३% हेमिसेल्युलोज सामग्री बनाइ राख्यो। यो क्राफ्ट पल्पको मात्र ९.१% को तुलनामा काफी प्रभावशाली हो, र समग्रमा कागज उत्पादनहरूलाई बलियो बनाउँछ। उही अनुसन्धान टोलीले कृषि अपशिष्ट सामग्रीहरूमा पनि हेर्दा पायो कि सबै कुरा उचित रूपमा अनुकूलन गर्दा सल्फाइट प्रणालीले ८०.३% सेल्युलोज उत्पादन दिन्छ। यसले उनीहरूलाई क्राफ्ट प्रविधिभन्दा लगभग ११ प्रतिशत बिन्दु अगाडि राख्छ, जसले निश्चित अनुप्रयोगहरूका लागि सल्फाइट प्रशोधनलाई वास्तविक विजेता बनाउँछ।

डिलिग्निफिकेशनको गति र उपज संरक्षणको सन्तुलन गर्नु

90-120 मिनेटसम्म 135-145°C मा पकाउँदा उत्पादनको गति कम गर्न नदिई उपज अधिकतम हुन्छ। 130°C भन्दा तल, डिलिग्निफिकेशन 40% ले ढिलो हुन्छ; 150°C भन्दा माथि, सेलुलोजको 8-12% विघटन हुन्छ। आधुनिक मिलहरूले डिलिग्निफिकेशनको 85-90% मा प्रतिक्रिया रोक्न वास्तविक समयका लिग्निन सेन्सर प्रयोग गर्छन्, जसले उत्पादन तालिका पूरा गर्दा 94% कार्बोहाइड्रेट संरक्षण गर्छ।

सोडियम लिग्नोसल्फोनेट रिकभरी र स्थायित्वका फाइदाहरू

अपशिष्टबाट मूल्य: खर्च भएको सल्फाइट तरललाई लिग्नोसल्फोनेटमा रूपान्तरण गर्नु

सोडियम सल्फाइट प्रक्रियाबाट निस्कासित सल्फाइट तरललाई अहिले 92-95% रिकभरी दक्षताका साथ लिग्नोसल्फोनेटमा परिवर्तन गरिन्छ (2025 सामग्री रिकभरी अध्ययन)। यी जैव-आधारित पोलिमरहरू पेट्रोलियम-आधारित विकल्पहरूको तुलनामा 40% बढी बलियो मोर्टार बोन्ड प्रतिस्थापन गर्छन्।

औद्योगिक-स्तरको रिकभरी: मेम्ब्रेन फिल्ट्रेसन र सान्द्रण

बहु-चरण मेम्ब्रेन फिल्ट्रेसनले तापक्रम वाष्पीकरणको तुलनामा 35% कम ऊर्जा प्रयोग गरी लिग्नोसल्फोनेट स्ट्रिमलाई 68-72% ठोसमा केन्द्रित गर्दछ। दैनिक 500 टन खर्च भएको तरल पदार्थ संसाधन गर्ने सुविधाहरूले 89% रासायनिक पुनःप्राप्ति प्राप्त गर्छन्, जसले दैनिक 280 टन बजार-तयार लिग्नोसल्फोनेट उत्पादन गर्दछ।

आधुनिक कागज मिलहरूमा सर्कुलर अर्थतन्त्र मोडेलहरूलाई समर्थन गर्दै

1 टन पल्पिङ अवशेषलाई $42,000 कोमूल्यको लिग्नोसल्फोनेट-आधारित डिस्पर्सेन्टमा पुनः प्रयोजन गर्नुले सर्कुलर अर्थतन्त्रका लक्ष्यहरूलाई समर्थन गर्दछ। सीधा-लूप प्रणालीहरूले अहिले 78% उप-उत्पादनहरू कृषि (जस्तै: धूल नियन्त्रक) र कपडा (जस्तै: रङ्ग वाहक) मा पुनर्निर्देशित गर्दछ, जसले विश्वव्यापी रूपमा प्रति वर्ष 290,000 मेट्रिक टन पेट्रोरासायनिक समतुल्यको सट्टा लिन्छ।

एफएक्यू

अलपुत्री तन्तुहरू पल्प गर्दा सोडियम सल्फाइटले के भूमिका खेल्छ?

गहुँको तन्तु र बाँस जस्ता अलपुत्री तन्तुहरूमा लिग्निनलाई तोड्नका लागि सोडियम सल्फाइट प्रभावकारी हुन्छ, जसले बीटा-O-4 बाण्डहरूलाई चयनात्मक रूपमा लक्षित गर्दछ जबकि मूल्यवान सेल्युलोजलाई संरक्षण गर्दछ, जसले उच्च पल्प उत्पादन दिन्छ।

सल्फाइट पल्पिङ प्रक्रियाले स्थायित्वमा कसरी योगदान गर्छ?

यो प्रक्रियाले जंगल कटानी घटाउन र खर्च भएको सल्फाइट तरललाई मूल्यवान लिग्नोसल्फोनेटमा परिणत गरेर सर्कुलर अर्थतन्त्रका मोडेललाई बढाउन बाँस र बगास जस्ता कृषि अपशिष्ट उत्पादनहरू प्रयोग गर्छ।

क्राफ्ट विधिहरूको तुलनामा सोडियम सल्फाइट प्रयोग गर्ने फाइदाहरू के के हुन्?

सोडियम सल्फाइट प्रक्रियाले पम्पको उत्पादन बढी, कार्बोहाइड्रेट राख्ने क्षमता उच्च, र पारम्परिक क्राफ्ट विधिहरूको तुलनामा हेमिसेल्युलोजको विघटन कम हुने गर्दछ।

सल्फाइट पल्पिङ प्रक्रियामा तापक्रम र पीएच नियन्त्रण किन महत्त्वपूर्ण छ?

तापक्रम र पीएच नियन्त्रणले डिलिग्निफिकेशनको दक्षता अनुकूल बनाउँछ, सल्फोनेशन प्रतिक्रियालाई सुविधा दिन्छ, र बावजुद प्रतिक्रियाहरू न्यून गर्छ, जसले लिग्निन हटाउने र पल्पको गुणस्तर अधिकतम गर्न सुनिश्चित गर्छ।