Estudos em deslignificação de polpas kraft de Pinus spp. com oxigênio e peróxido

Abstract

O principal objetivo do branqueamento é reduzir ou remover os constituintes da polpa celulósica que possam causar coloração ou amarelecimento. A simplicidade desta afirmativa esconde a complexidade das ações envolvidas para que isto ocorra, pois além da obtenção de uma alvura estável, as características de resistência da polpa devem ser preservadas. A deslignificação com oxigênio pode ser definida como o uso do oxigênio e de álcali para remover quantidades substanciais de lignina em polpas não branqueadas. O principal benefício do branqueamento com oxigênio é ambiental. Isso deriva do fato de que ambos os agentes químicos aplicados e os materiais removidos da polpa são compatíveis com o sistema de recuperação química. Os grandes atrativos da deslignificação com oxigênio resultam da possibilidade de aplicar modificações diferentes para melhorar sua eficácia. Modificações que podem incluem a ativação preliminar ou inter-estágio da lignina, a remoção dos íons de metais pesados que participam na formação de radicais hidroxila e provocam a despolimerização da celulose, além no reforço do efeito da deslignificação pela adição de peróxido de hidrogênio, o uso de agentes e de enzimas catalíticas. As etapas de branqueamento têm sido modificadas ao longo dos anos, por se tratar de um processo que provoca maior contaminação. Foi verificado o efeito negativo do uso do cloro como agente de branqueamento e esforços realizados na redução da quantidade de efluentes gerados ou na eliminação total, através da recuperação dos reagentes. A necessidade em diminuir, ou eliminar, a formação de compostos organoclorados, durante as etapas de branqueamento conduziram para uma substituição total ou parcial do cloro pelo dióxido de cloro, ao maior uso de outros agentes oxidantes, como a deslignificação com oxigênio e o uso de peróxido de hidrogênio. Portanto, o principal objetivo deste estudo foi investigar o comportamento de polpas industriais de Pinus de elevado teor de lignina residual, em etapas de deslignificação com oxigênio, que permitissem reduzir o número kappa da polpa para uma posterior fase de branqueamento. Tais alternativas incluíram: (1) aumento da eficiência de deslignificação com oxigênio através da otimização das variáveis operacionais; (2) melhoria da seletividade do oxigênio pelo uso de aditivos; (3) avaliação da aplicação do segundo estágio de oxigênio e; (4) utilização do peróxido de hidrogênio como agente colaborador do oxigênio na seqüência de deslignificação. Foi concluído que a temperatura de reação do oxigênio exerce maior influencia na redução do número kappa que a carga de álcali. A utilização de um estágio com peróxido de hidrogênio, reforçando a deslignificação pressurizada, não apresentou grandes ganhos de kappa e viscosidade. A aplicação de um estágio de peróxido, após a etapa de oxigênio, resultou apresentar os melhores resultados de redução do número kappa e elevação da alvura da polpa. Os aditivos avaliados apresentaram ganhos em propriedades diferentes, sugerindo que seus efeitos devem ser combinados. A deslignificação com oxigênio em polpa kraft, com kappa elevado, mostrou ser alternativa interessante em processos que se necessite grande remoção de lignina e a manutenção de rendimento elevado da polpa.

The main objective of the bleaching is to reduce or remove the constituent of the cellulose pulp that may cause coloration or yellowing. The simplicity of this fact hides the complexity of involved actions that takes place in it, therefore beyond the attainment of a steady whiteness; the pulp resistance characteristics must be preserved. Oxygen delignification can be defined as the use of the oxygen and alkali to remove substantial fraction of lignin in unbleached pulp. The main benefit of oxygen bleaching is environmental and it derives from the fact that both chemicals applied to and materials removed from the pulp are compatible with Kraft chemical recovery system. The attractiveness of oxygen delignification of pulps also results from the possibility of applying different modifications to improve its effectiveness. These include the preliminary or inter-stage activation of lignin, the removal of heavy metal ions participating in the formation of hydroxyl radicals that take part in cellulose depolymerisation, and the reinforcement of the delignification effect by the addition of hydrogen peroxide, or the use of catalytic agents and enzymes. The bleaching stages have been modified; due to it is one of process stages that produces larger contamination. The negative effect of chlorine bleaching agent was verified and it was done several efforts to decrease or eliminate its effluent amount by means of reagents recovery systems. The necessity of reduce or eliminate chlorinated organic compounds formation during bleaching stages is due to it may lead partial or total chloride substitution, and as a consequence the use of hydrogen peroxide. For those reasons, the main objective of this study was to investigate the behaviors of industrial pine pulp with high residual lignin content, in oxygen delignification stages, which allow reducing the pulp kappa number for a posterior bleaching phase. Such alternatives included: (1) increase oxygen delignification efficiency by means of operational variables optimization; (2) improvement of oxygen selectivity to additive use; (3) evaluation of a second oxygen stage, and; (4) use of hydrogen peroxide as oxygen collaborating agent in delignification sequence. It was concluded that the reaction temperature of the oxygen exerts further influences in the kappa number reduction that the alkali charge. The application of hydrogen peroxide stage re-forced the pressurized delignification but did not presented great advantages of kappa number and viscosity. However, the hydrogen peroxide application after the oxygen delignification stage was the best values of kappa number reduction and rise of pulp whiteness. The application of peroxide after the stage of oxygen resulted to present the best ones resulted of reduction of the number kappa and rise of the whiteness of the pulp. The evaluated additives had presented profits in different properties, suggesting that its effect must be combined. The delignification with oxygen in kraft pulp of high kappa showed to be alternative interesting in processes that if great lignin removal needs and the keep of high yield of pulp.