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浅谈近红外光谱技术在制浆造纸工业中的角色扮演

发布时间:2014-06-16      点击次数:801
   目前世界范围内浆和纸的产量和质量正不断增长,若仅仅依靠提供的纤维原料和改进制浆造纸工艺来促进生产是不够的,还必须研制和使用一些新型的过程分析仪器和传感器。随着近红外光谱技术和光谱数据处理软件的进展,为开发新型的过程分析仪器提供了新的途径。下面介绍的NIR在制浆造纸过程中的应用,虽然绝大部分应用情况目前仍然局限于实验室内,但将来的发展趋势必定为现场分析和测控,实现从实验室走向生产现场的转变。
1.检测纸页涂料中的水分含量
  在400~1100nm的范围内,采用透过模式,分析涂料混合物中的水分含量。虽然,由于涂料中悬浮颗粒的存在使测量的重现性受影响,但是对于连续流动的涂料,却可以避免这个问题,从而实现在线测量。
2.确定纸浆中针叶木的含量
  在1100~2500nm的范围内,采用反射模式,取两个样品分别用于校准实验室测量值和在线测量值。虽然在线测量值的误差比预期的要大,但是测量结果仍然表明NIR可以用于确定纸浆中的针叶木含量。
3.测量混合木浆的卡伯值
  采用反射模式,取27个样品在2180nm处用于标定曲线,9个样品作为测试集,测量误差为5.6%。虽然测量结果表明NIR可能用于测量混合木浆的卡伯值,但是测量误差能否被工业过程所接受,还有待考究。
4.测量蒸煮锅喷放管线中纸浆的Kno(卡伯值的对数)
  在1100~2500nm的范围内,采用反射模式,测量纸浆的Kno。在1672nm处进行一元线性回归,测量误差为1.0%;由于波长波动的影响,再引入1436nm进行多元线性回归,使测量误差下降为0.5%。
5.测量纸页的水分和纸板的重量
  采用反射模式,利用水在1940nm处的特征吸收测量纸页中的水分;纸板重量的变化在2100~2500nm的范围内表现明显,在2346nm处进行一元线性回归。结果表明,NIR对纸页的水分和纸板的重量均很敏感。由于样品本身的不均匀性,所以测量扫描时样品的面积应该较大,以取平均值。
6.监测纸页的树脂层
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内分析样品,结果发现,由于未经涂布的纸在1688nm、1766nm和2160nm无特征吸收,所以可以避开纸页的影响。在2160nm标定曲线,误差为0.7%。
7.监测纸浆棉短绒混合物的卡伯值
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内分析样品,在1680nm进行一元线性回归,误差为1.2个卡伯值,标定的有效范围为3.4~33.9个卡伯值。此结果对干、湿纸浆棉短绒混合物均适用。
8.检测薄页纸上的聚硅酮层含量
  对8个聚硅酮浓度为0.69%~5.67%的薄纸页样品在1100~2500nm的范围内进行扫描,在1744nm进行一元线性回归,误差为0.2%。
9.检测木纤维中的蜡和苯酚树脂含量
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内,分别对蜡的浓度为0.3%~2.4%的木纤维样品和苯酚树脂的浓度为1.3%~4.3%的木纤维样品进行扫描。在2158nm处标定苯酚树脂,误差为0.4%;在1728nm处标定蜡,误差为0.1%。
10.检测干木浆中的木素含量
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内,对木素浓度为5.7%~33.6%的木浆进行扫描。在2172nm和1556nm处进行多元线性回归,误差为1%。
11.检测木纤维中的蜡和苯酚甲醛树脂含量
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内,扫描木纤维、纯蜡、经冷冻干燥的苯酚甲醛树脂及含有蜡和苯酚甲醛树脂的木纤维,发现纤维中的蜡在2250nm、2310nm和1725nm均有特征吸收,而树脂则在1980nm处有特征吸收。
12.检测绒毛浆中的吸水剂含量
  采用反射模式,在1100~2500nm的范围内,对吸水剂浓度为0.00%~44.9%的绒毛浆样品进行扫描,在1752nm处标定,误差为6%。
13.检测涂布纸的涂布层
  在1100~2500nm的范围内,对涂料浓度为0~12%的涂布纸,利用光纤测量NIR反射光谱,在2316nm处标定,误差为0.1%。但是还不能排除纸页中无机物的影响。
近红外光谱仪
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