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臭氧对非木材纤维漂白和改性作用研究进展

  • 张润青 1
  • 曹海兵 2
  • 步逸凡 1
  • 刘佳雯 1
  • 唐世钰 1
  • 刘书林 1
  • 安兴业 1
  • 刘洪斌 1
1. 天津科技大学轻工科学与工程学院，天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457； 2. 浙江景兴纸业股份有限公司，浙江平湖，314214

中图分类号： TS754

最近更新：2020-06-29

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2020.06.012

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摘要

综述了臭氧对非木材纤维纸浆的漂白和改性作用机理及研究进展。主要介绍了臭氧对稻麦草浆、蔗渣浆、竹浆和棉、麻纤维等非木材纤维作用前后纤维形态及性能的变化及臭氧处理前后废水中污染物含量变化等方面的研究进展，并对臭氧在非木材纤维漂白和改性方面的新进展及应用前景进行了总结与展望。

2018年起，我国对进口废纸质量指标大幅上调，造成废纸进口量大幅减少 [

1]，加上我国本身存在木材资源短缺现象，造纸原料不足问题进一步凸显。我国拥有丰富的非木材纤维原料，其制浆历史悠久，早在1000多年以前稻草、麦草及竹子等就被用作手工纸的原料。所以，充分利用非木材纤维资源可在一定程度上缓解造纸工业原料不足的现象。

在制浆造纸工业中，纸浆含氯漂白过程中会产生含可吸收有机卤化物（Absorbable Organic Halide，AOX）、四氯二苯并-p-二英（TCDD）等致癌、致畸物的漂白废水，严重污染环境 [

2]。非木材纤维传统含氯漂白工段废水中高含量的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和AOX对环境污染极其严重，纸浆得率低且纤维硅含量高，杂细胞高，纸浆滤水性差，同时漂白废水的排放使得大量化学药品流失，种种不利因素阻碍了非木材纤维原料在制浆造纸工业中的应用，因此我国制浆造纸工作者一直致力于研究和实践适宜于非木材纤维的ECF、TCF漂白技术，其漂白废水基本不含毒性物质，且水中有机物可通过燃烧产生热能，充分利用资源又不污染环境。如何实现非木材纤维漂白废水的污染零排放已成为制浆造纸工业发展过程中不容忽视的重大问题。

自19世纪40年代臭氧（O3）被发现以来，因其具有诸多优良特性（如极强的氧化性和灭菌功能）在水处理、化学氧化、食品加工以及医疗、保健等众多领域被广泛应用 [

3]。在制浆造纸工业中，臭氧由于其氧化能力强及处理产品不产生具有致癌作用的二次污染化合物 [4,5]等特点而成为一种理想的漂白剂，现在全球约有10%漂白纸浆中都经过了臭氧漂序 [6]。臭氧漂白技术成本相对较低，对提高工厂经济效益十分有利，因此也得到许多工厂的青睐。1993年，全球首家中浓臭氧漂白生产线在UPM-Kymmene的Wisaforest工厂投产，其为一条生产全无氯漂白纸浆、产量为1300 t/d的生产线 [7]；近年来，我国的大型制浆厂也开始采用臭氧漂白技术，南通王子制纸公司 [7]70万t硫酸盐浆生产线引进了臭氧漂白技术；晨鸣集团40万t/a漂白硫酸盐化学木浆生产线采用先进成熟的无元素氯漂白加臭氧漂白工艺，其中ClO2和臭氧相结合的漂白方式能够大大减少ClO2的使用量，减少可吸附有机卤化物（AOX）的产生 [8]。技术在工业上的发展离不开实验室人员的大量研究，陈霞等人 [9]对混合硫酸盐阔叶木浆通过线性回归建立数学模型，预测并优化了低浓硫酸盐阔叶木浆的臭氧漂白反应。通过该模型预测得到纸浆卡伯值、黏度、白度与实际测得数据基本吻合，该经验模型可预测并优化低浓硫酸盐阔叶木浆的臭氧漂白反应。He等人 [10]对硫酸盐桉木浆进行了臭氧漂白中传质速率的探究，比较了低、中和高浓度漂白对漂后浆性能的影响。研究表明，尽管低浓度漂白需要更长的反应时间，但臭氧传质速率未受影响，非生产性分解较少，且处理后纸浆黏度高，白度提高显著。

尽管实验室与工业对于臭氧处理木材纤维的研究已十分成熟，但随着木材纤维短缺问题的出现，对非木材纤维的开发与利用得到越来越多的关注。制浆造纸行业中对非木材纤维如稻麦草、竹子、蔗渣、棉、麻等进行臭氧处理也吸引了更多的研究和工业应用。本文综述了近年来臭氧在非木材纤维漂白、改性等方面新的研究进展，对臭氧漂白非木材纤维和改性作用进行简要梳理和总结，以期为制浆造纸领域相关研究人员提供借鉴和参考。

1 臭氧性质及与非木材纤维作用机理

臭氧是氧气的同素异形体 [

11]，常温常压下为无色气体，当浓度达到15%时呈淡蓝色 [12]。臭氧稳定性较差，温度越高，其半衰期越短 [13]，不易运输和储存 [14]。常温常压下，臭氧易溶于水，溶解度为氧气的13倍，在某些有机溶剂（如冰醋酸、四氯化碳）中的溶解度比在水中高 [15]。Henry’s常数（H）可以用来表示臭氧的溶解性。臭氧在水中的H值如式（1）所示。

H=3.84×107[OH-]0.035exp(-2428/T) （1）

表1为多种物质的氧化电位。从表1中可以看出，臭氧的氧化性非常强 [

16]，其氧化电位仅次于氟，几乎可以与任何有机物包括木质纤维素材料 [17]进行反应，当pH值为7时，其氧化电位为2.07 V [18]。臭氧能与木素、苯酚等芳香化合物作用，与烯烃的双键结合 [19]，具有脱色、脱臭、除去铁、锰和氰化物的效果 [20]。臭氧属于有毒有害气体，具有刺激性气味 [21]。

表1 各物质氧化电位 [16]
氧化剂氧化电位/V
羟基自由基 2.80
氟 2.50
臭氧 2.07
次氯酸盐 1.49
氯 1.36
过氧化氢 1.28
二氧化氯 1.27
氧气 1.23

非木材纤维中主要的发色基团是由苯丙烷结构单元构成的木素大分子侧链上的双键、共轭羰基及两者的结合。故臭氧与非木材纤维的漂白过程主要由臭氧与其中的木素反应，其机理是臭氧将木素芳香环结构破坏变成黏康酸型结构 [

22]，木素的芳香环及侧链上的烯烃结构中的碳碳双键与臭氧反应形成含羰基的化合物和氢过氧化物中间体 [23]。臭氧对非木材纤维的漂白可分为两个阶段：前一阶段，脱木素和提高白度两个过程同时进行，后一阶段臭氧主要起漂白作用。臭氧首先进攻木素侧链的不饱和双键使其断裂，生成环氧化物或断裂为两个羰基化合物，同时使木素的苯环在C3和C4处开环使得木素导入羧基，增加木素结构的亲臭氧能力；臭氧使木素侧链在α位置断裂后引入醛基；木素侧链醇羟基、醚和醛与臭氧发生反应被氧化成羰基，醛基氧化成羧基 [19]。由上可见，木素被臭氧化后，羧基、醛基、羰基等亲水性基团增多 [12]，使木素溶出而被脱除，从而实现对纤维的漂白作用。

臭氧也会作用于非木材纤维中的碳水化合物，包括两个方面的反应：臭氧直接与碳水化合物的反应和自由基与碳水化合物的反应。①臭氧与碳水化合物的反应：碳水化合物中具有活性的异构碳氢键被臭氧断裂，乙缩醛的臭氧化产生反应活性高的氢三氧化物中间体，醚、芳醛及饱和碳水化合物的臭氧化也会产生氢三氧化物，当有氧原子毗邻插入点时，氢三氧化物可能被分子内氢键稳定，形成六元环。一旦形成氢三氧化物中间体，它们会通过异裂或者均裂而分解。②自由基与碳水化合物的反应：臭氧漂白期间，反应体系中会存在多种活性氧自由基，臭氧在水中由于OH-和过渡金属离子的影响会生成活性自由基（如羟基自由基·OH），臭氧与酚型木素反应也会产生活性氧自由基，这些活性氧自由基当中，·OH在水溶液中的活性最强，其氧化电势比臭氧高得多，即使在室温条件下也可以使多糖的配糖键断裂，聚合度降低，使臭氧漂白的选择性受到严重影响 [

24]。在臭氧漂白过程中，臭氧还可分解生成氢过氧游离基（·OOH），有很强的氧化作用。·OOH使碳水化合物的还原性末端基氧化成羧基，而·OH既能氧化还原性末端基，也能将醇羟基氧化为羧基，在聚糖链上形成乙酮醇结构，使在其后的碱抽提段发生链的断裂 [25]。由于臭氧也会作用于碳水化合物，所以在臭氧漂白过程中为保护碳水化合物，提高漂白的选择性，通常添加乙醇、甲醇、甲酸、草酸、醋酸、乙二醇、脲-甲醇、二甲基甲酰胺和硫酸镁等助剂。

2 臭氧与非木材纤维的作用

2.1　臭氧对草类纤维的作用

2.1.1　臭氧对稻、麦草纤维的作用

与木浆相比，我国稻、麦草由于成本低、资源丰富，已成为我国造纸工业不可缺少的纤维原料 [

26]。传统CEH漂白会产生许多有毒物质，使稻、麦草浆实际应用受到其巨大的水消耗量和废水排放的限制，因此臭氧处理作为一种水消耗量少且绿色环保的方式，将给稻、麦草在未来制浆造纸领域的发展带来极大的推动作用。

Roncero等人 [

27]采用XOAZRP漂序的全无氯漂白法对麦草浆进行漂白，其中臭氧漂段的臭氧浓度为35 mg/L，pH值为2.5，臭氧用量为0.4%～0.5%，经过臭氧处理的纸浆白度比臭氧处理前高15个单位，臭氧处理后的麦草浆结晶度比氧脱木素后的麦草浆结晶度高3%。且经臭氧处理后废水中COD含量比经氧脱木素后废水中COD含量低26个单位，使得污染物含量大幅下降，是一种环境友好的含臭氧漂段的漂序。Kaur等人 [28]使用稻草浆为原料对无元素氯漂白段前加入臭氧漂白段的漂白方式进行了研究，发现在无元素氯漂白段前加入臭氧漂段处理后的纸浆白度约为85%，比只经无元素氯漂白的纸浆白度高3.6个单位且拥有更高的纸浆强度。

与氯漂相比，臭氧处理可减少80%以上的BOD、COD和AOX，可使废水中的氯酚、愈创木酚、儿茶酚、香兰素和丁香酚的含量减少约90%，因此在无元素氯漂白之前增加臭氧漂段是提高纸张性能、降低废水负荷的一种手段。Tripathi等人 [

29,30]采用Plackett-Burman法测定影响麦草浆臭氧漂白的主要参数，选择pH值、浆浓、时间、温度和臭氧用量等5个变量对纸浆卡伯值、白度、黏度的影响进行研究，对臭氧处理后纸浆的卡伯值进行了统计分析。研究表明，最佳工艺条件：pH值2.08～2.25，浆浓27.4%～30.0%，臭氧用量0.4%。Dong [31]对亚硫酸盐麦草浆进行臭氧漂白时间对纸浆性能影响的探究。研究表明，在臭氧处理的前30 min纸浆白度快速升高至73.2%，而30～90 min时白度上升趋势变缓，150 min时纸浆白度达最高75.5%，而150 min后纸浆白度呈现下降趋势。

Tripathi等人 [

32]对麦草纤维进行了臭氧处理并对纸浆纤维光学性能进行探究。研究表明，在无元素氯漂白麦草浆的漂序中引入臭氧漂段后，纸浆白度提高了4个单位，而己烯糖醛酸的含量降低了21.6%，返黄值降低了34.8%，且臭氧处理后漂白废水中的COD、BOD、AOX分别降低了41.2%、39.6%和47.3%，色度降低了57.9%，此法在改善废水质量的同时获得了白度更高、性质更优良的麦草浆。Bule等人 [33]利用臭氧分解对麦秸秆进行预处理，以探究臭氧对木素的改性处理。研究表明，处理后麦秸秆中的木素被改性，其中糖回收率从13.11%增加到63.17%，酸不溶木素含量从17.4%降低到11.6%。核磁共振波谱（NMR）分析表明，随着芳族单元的浓度降低，羧酸含量增加，麦草中的S2/6和G2木素单元最容易被臭氧氧化，该研究为去除木素更好地利用麦草中木质纤维素提供了理论基础。

综上所述，利用臭氧对稻、麦草进行漂白与改性，能够在臭氧用量较少的情况下，使得稻、麦草纤维的白度得到有效的提高且其漂后废水中污染物的产生量得到极大的降低，同时在纤维的成纸性能及结晶度等方面均存在一定的提高作用。我国稻、麦草资源相对过剩 [

6]，通过使用臭氧漂白与改性处理对稻、麦草资源进行低污染化处理，减轻了对环境的破坏，提高了我国稻、麦草资源的性能和利用价值，这不仅为降低稻、麦草浆处理过程中的污染问题提供方法，还为造纸原料的短缺问题提供积极的突破口，同时也为臭氧对非木材纤维的漂白与改性开拓更大的利用价值。

2.1.2　臭氧对蔗渣纤维的作用

蔗渣是制糖业副产物，通过甘蔗榨取蔗糖得到的剩余物蔗渣资源量非常庞大，我国每年的蔗渣产量近千万吨，将其用于生产纸浆对缓解制浆造纸工业原料紧缺问题尤为重要 [

34]。蔗渣作为非木材纤维原料，硅含量低于其他草类原料，滤水性较麦草纤维好，纤维素含量高，研究环保型蔗渣浆漂白方法，对于改善我国制浆造纸工业污染问题有着重要意义。

Bahador等人 [

35]以蔗渣为原料，采用生物、化学、机械处理相结合的方法，经过臭氧和聚木糖酶的共同作用，纤维素含量由41.5%提高到91.4%，木素含量由26.1%下降至1.73%，并利用响应面法对臭氧漂白参数进行优化设计，确定最佳漂白条件为：浆浓1%，温度40℃，处理时间150 min。Travaini等人 [36]利用臭氧和生物酶对蔗渣进行联合预处理。经过臭氧预处理，蔗渣酸不溶木素减少了66.8%，而酸溶木素含量由3.13%增加到7.21%，总木素减少了39.6%，碳水化合物几乎没有变化，臭氧通过攻击酸不溶木素提高了后续酶水解的效率。Barrera-Martínez等人 [37]利用臭氧化工艺对蔗渣浆进行了预处理。红外光谱分析表明，蔗渣浆在臭氧化反应30 min内观察到可溶性木质素，臭氧化的蔗渣浆在酸水解中产生的总糖（TS）和还原糖（RS）分别为30.83%和27.17%，该实验证明臭氧是一种十分有潜力的脱木素氧化剂。张清红 [38]利用显微镜从微观角度观察臭氧处理蔗渣后纤维形态及表面变化，如图1所示。从图1可以看出，臭氧处理促进了纤维的润胀和帚化作用，纤维分丝帚化并产生大量的细小纤维及碎片，增加纤维间的结合面积及结合力，从而提高成纸的强度。

臭氧处理前（×40）

臭氧处理后（×40）

臭氧处理前（×200）

臭氧处理后（×200）

图1 臭氧漂白前后蔗渣浆纤维表面形态 [

38]

钟宏先 [

39]对硫酸盐蔗渣浆的短序清洁漂白工序进行了研究。图2为臭氧漂白前后蔗渣浆红外光谱图。由图2可知，经臭氧处理后的蔗渣纤维，其红外光谱在1053 cm-1和1163 cm-1处的吸收峰略有降低，说明臭氧对纤维素的破坏较小；1247～1287 cm-1处的吸收峰表示木素C=O或者芳族甲氧基伸缩振动，该峰有所减弱；1426 cm-1处表示苯环双键伸缩振动或木素中—CH3弯曲振动的吸收带减弱，1638～1648 cm-1处吸收峰减弱，说明苯环大部分被破坏，浆料中的共轭结构（即发色基团）遭到破坏使得漂白后的纸浆白度明显提高；3405~3422 cm-1处的吸收峰表示纤维素和木素的氢键缔合的O—H拉伸，臭氧使苯环开环并使之羟基化使得该吸收峰增强。从该红外光谱分析得知臭氧处理破坏了发色基团从而明显提高漂白后纸浆白度。

图2 臭氧漂白前后蔗渣浆红外光谱图 [

39]

高欣欣 [

40]等人以氧脱木素后硫酸盐蔗渣浆为原料，保持臭氧流量相同，臭氧浓度120 g/Nm3，改变臭氧用量，处理后蔗渣纤维表面出现大量沟壑，纤维结合力降低，说明臭氧处理使得纤维间氢键断裂。从表2和图3中得出，随着臭氧用量的增加，纸浆黏度及卡伯值均下降，结晶度和羧基含量有明显增加的过程，在处理时间10 min、臭氧用量1.06%、浆浓35%、pH值2.5的条件下，结晶度达最大值61.0%。纸浆的黏度、卡伯值下降，结晶度和羧基含量的明显增加，为进一步制备纳米纤维素提供有利条件。

表2 臭氧用量对蔗渣浆性质的影响 [40]
处理时间/min臭氧用量/%卡伯值黏度/mL·g-1结晶度/%羧基含量/mmol·g-1
6 0.65 3.1 478 56.7 1.30
8 0.86 2.9 451 57.0 1.35
10 1.06 2.6 388 61.0 1.39
12 1.21 2.3 374 56.0 1.39
14 1.49 2.1 350 56.2 1.40

图3 臭氧用量对蔗渣浆性质的影响 [

40]

王璐等人 [

41]用酸处理-臭氧-过氧化氢（AZP）全无氯短序清洁漂白生产流程对硫酸盐蔗渣浆漂白工艺参数进行探究。研究表明，臭氧处理阶段最佳工艺条件为：室温，浆浓36%，pH值2，臭氧用量1.2%，臭氧浓度120 g/m3，反应时间30 min，该工艺条件下得到的纸浆白度、黏度、卡伯值分别为53.1%、587 mL/g、5.6，其中白度较未处理浆料提高21个单位，白度显著提高。AZP漂序漂白段数少、漂后废水污染负荷低，对于节能减排具有重要意义。Souza-Corrêa等人 [42]采用质谱法对蔗渣纤维臭氧化过程中产生的中性化学物质进行监测。质谱法记录了重要自由基的产生。处理过程中观察到3个阶段：第一阶段出现CO分子；第二阶段出现O2、CH3OH、·OH和H2O等中间体；第三阶段清除以上中间体并产生HCOOH、CO2和H3O+水合氢离子。这些结果进一步支持了Criegee关于臭氧攻击木素的机理。

综上所述，蔗渣作为一种制糖业副产物，得到了大量臭氧对其进行改性与漂白的处理研究，如能够利用臭氧的优势与特点，使蔗渣浆低污染，高价值、充分地利用起来，发挥其潜能，最大限度地“变废为宝”，同时能够缓解制浆造纸工业原料短缺问题。这不仅为制浆造纸工业的可持续与绿色发展贡献力量，也给臭氧对非木材的漂白与改性处理带来更大的研究动力。

2.2　臭氧对竹浆纤维的作用

竹子属禾本科，生长速度快，其纤维细胞一般占细胞总切面的60%～70%，稍低于木材而高于一般草类。竹浆纤维α-纤维素含量很高，可用来制取纤维素含量高的溶解浆，是制浆造纸中发展潜力非常大的一类非木材原料 [

43]。近年来，竹浆纤维抄造的生活用纸因其强度高，价格合理，也越来越受到生活用纸生产厂商及消费者的青睐。2018年，我国竹浆纤维在生活用纸原料的占比已达10.5% [44]。但由于竹浆纤维组织结构紧密，含较多蜡质和硅细胞，其漂白得率低，成本高，漂白困难，其清洁开发与应用仍存在巨大进步空间。

Liu等人 [

45]研究出一种利用硫酸盐竹浆制备纤维素纳米纤丝（CNF）的方法，探究了臭氧处理对硫酸盐竹浆均质化的影响。研究表明，在优化的臭氧化条件（浆浓35%，臭氧用量0.87%，pH值2.5）下处理硫酸盐竹浆，经臭氧处理后，硫酸盐竹浆的卡伯值从10.8降至2.8，黏度从1024 mL/g降至258 mL/g，结晶度从36.2%提高至48%。臭氧处理过的硫酸盐竹浆进行均质处理制备出的CNF宽度为10～20 nm，长度大于250 nm，其长宽比高。臭氧处理促进硫酸盐竹浆高效生产CNF，可以作为一种环保安全的方法替代酸水解或TEMPO氧化。洪明珠等人 [46]对硫酸盐竹浆经高浓臭氧漂白后的纤维性质进行了研究，在浆浓38%、臭氧浓度125 g/Nm3的条件下反应3 min对纤维质量进行分析，结果显示臭氧漂白后浆料纤维的质均长度变短，质均宽度大于16 μm的纤维数量增多，纤维的长宽比大于50，属于优良的造纸纤维。金艳羽 [47]通过正交实验对臭氧处理硫酸盐竹浆过程中各因素对纸浆性能的影响程度进行了研究。研究表明，室温下，采用40%浆浓，臭氧浓度125 g/Nm3，反应时间3 min的条件，所得浆料白度、黏度、卡伯值分别为69.4%、700 mL/g、5.11，其中白度提高近24个单位。并通过正交实验，得出各因素影响程度为：浆浓>臭氧浓度>反应时间，该研究为实际生产中各因素的调控提供了参考。刘洪斌等人 [48]发明了一种提高竹浆纤维柔软度的方法，在30℃条件下，通入流量为3 g/h的臭氧气体处理浆浓2%的竹浆纤维，随着臭氧用量的增加，纤维柔软度逐渐升高，当臭氧用量为0.75%时竹浆纤维柔软度达到最高，为25.21×1014/(N·m2)，该法为提升竹浆柔软度提供了新的环境友好型方法。

综上所述，臭氧对竹浆纤维的漂白与改性作用已有许多探究实例，臭氧对竹浆纤维制备CNF进行辅助处理是十分有发展前景的绿色环保经济的处理方法，利用臭氧对竹浆纤维进行改性提高其柔软度也为竹浆纤维性能的提高提供了方法。通过掌握臭氧处理竹浆纤维的各个影响因素，规避不利因素，合理调控有利条件，加之竹浆纤维利用范围广，充分发挥臭氧处理的优势更加环保地将竹浆纤维用于制浆造纸工业，可以缓解造纸原料紧张的状况，从而提高生活用纸品质。

2.3　臭氧对棉、麻纤维的作用

棉纤维细胞壁的纤维素含量高，结晶度高，木素含量少甚至不含木素，将其用于纤维素含量需求高的材料的制备前景光明，其表面吸附的类脂、色素等杂质也很容易除去，因此常将棉纤维作为天然纤维素材料研究纤维素的化学结构和各方面化学性能 [

49]。

Erdem等人 [

50]对亲水性白色棉条进行了臭氧化处理：使用1g/L果胶酶在超声波水浴中处理30 min后进行臭氧处理，在110% WPV（water pick up value）条件下臭氧处理10 min后，样品的白度比未处理棉条提高了18个单位。传统棉纤维的前处理需要使用大量的化学物质，还需大量水进行清洗以除去纤维上残余的化学物质，产生大量废水。臭氧是一种既能保证棉纤维白度和质量又能减少污染物生成、节约水资源的绿色漂白剂。麻类纤维纤维素含量高，木素含量少，是最早用于生产手工纸的浆种之一 [51]，He等人 [52]使用活性羟胺中间体（AHI）添加剂改善臭氧对亚麻浆的选择性氧化，结果显示，AHI通过减小臭氧气体的传质阻力、增加界面面积显著改善了臭氧氧化性能，与叔丁醇相比，AHI将臭氧与纸浆反应的选择性提高了35%，臭氧利用率提高50%，纤维素的结晶度和聚戊糖含量分别增加了10%和28%，说明当达到同等的白度水平时，AHI可以更好地保护纤维素。范雪荣等人[53]、王强等人[54]研究了臭氧在气相和液相两种条件下对麻纤维的漂白工艺。研究表明，在气相条件下，臭氧对麻纤维的漂白效率高，20 min即达到所需白度，且经臭氧脱色后麻纤维的润湿性提高，果胶、蜡质、木质纤维素含量减少。漂白在常温下进行，所需能耗较低。液相臭氧漂白工艺的特点是反应条件温和：pH值5~6，反应时间60~180 min，反应温度15~25℃，液比1∶10～1:50，该法处理脱色废水COD值低，可以循环利用，节约水。Maqsood等人 [55]对黄麻纤维进行臭氧处理时间的探究。研究表明，纤维的拉伸强度随着处理时间的增长而减小，表面官能团随之改变，纤维素的O—H基团之间的氢键断裂，C—H拉伸消失，木素特征峰消失；表示纤维亮度的L值在处理4 h后提高20个单位，处理3 h后的黄麻纤维的棕黄色逐渐消失；其中纤维束分离成为单根纤维，此结果证明臭氧处理可提高L值同时该法可应用于纤维素纳米纤维或纤维素微/纳米晶体的制备，从而为纤维素纳米材料的制备提供了新思路。

综上所述，棉、麻纤维纤维素含量普遍较高。只要选择合适的保护剂，采用臭氧对棉、麻纤维进行漂白与改性处理既能够保护纤维素，又能够去除多余木素，提高纤维的白度、质量，且废水污染物少。用于制造各种纤维素材料也将是相对清洁、安全、低能耗的方式，将臭氧对棉、麻纤维的漂白与改性处理进行深入研究并应用于工业生产，将为高质量纤维素材料的开发提供新模式。

3 结论和展望

合理利用非木材纤维，是我国造纸工业的特色，也对环境保护提出了新要求。臭氧处理各种非木材纤维能够降低废水中BOD、COD、AOX的含量，同时臭氧在去除木素提高纸浆白度等方面也发挥着重要作用，其作为一种污染小、效率高的环保改性方式既为非木材纤维的清洁生产提供方向，又将衍生出许多其他的用途，如利用其促使纤维之间氢键的断裂、产生大量羧基、去除木素及对纤维表面形成帚化和沟壑的作用为进一步制备纤维素纳米纤维等纤维素纳米材料提供了有利条件 [

40]，将吸引越来越多研究人员对其进行研究与探索。这种清洁的改性方法从源头减轻了制浆造纸过程中对环境产生的污染，实现制浆造纸工业的清洁生产，为非木材纤维的改性技术提供了一种环境友好的思路。随着臭氧发生器的改进，臭氧对非木材纤维进行改性也将得到更加广泛的关注与应用，加之其对环境的友好和处理非木材纤维的高效温和性，臭氧对非木材纤维的改性将会被更多的人探究和改进，其发展空间也将随着研究范围的扩大而不断增大，对我国制浆造纸工业的可持续发展具有重要意义。

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