本技術(shù)屬于精制棉制備，特別涉及一種無氯漂白制備精制棉的方法。

背景技術(shù)：

1、精制棉，也稱為精煉棉或純凈棉，是一種通過化學(xué)處理去除天然棉花中的雜質(zhì)、油脂和蠟質(zhì)等物質(zhì)，從而獲得更純凈的纖維素材料的過程。其主要用于生產(chǎn)高質(zhì)量的紙張、紡織品以及其他需要高純度纖維素的應(yīng)用中。傳統(tǒng)工藝長期依賴含氯漂白技術(shù)，導(dǎo)致環(huán)境和健康風(fēng)險成為行業(yè)發(fā)展的重大障礙。次氯酸鈉、氯氣等含氯試劑在漂白過程中不僅產(chǎn)生二噁英等致癌副產(chǎn)物，還導(dǎo)致廢水氯化物超標(biāo)，破壞水體生態(tài)平衡。更為關(guān)鍵的是，含氯殘留可能滲入成品，限制其在醫(yī)療、食品接觸材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、無氯漂白技術(shù)如過氧化氫漂白可緩解污染問題，但其氧化能力較弱，需依賴高溫或長時處理以提高白度，這不僅增加能耗，還導(dǎo)致設(shè)備腐蝕加速。同時，單一漂白手段難以平衡效率與纖維保護(hù)，傳統(tǒng)氧漂工藝下，棉纖維聚合度保留率僅為60%-70%，斷裂強(qiáng)度降低，遠(yuǎn)低于高端醫(yī)用棉的性能要求。此外，傳統(tǒng)工藝中漂白劑利用率低，進(jìn)一步推高了生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品性能方面，傳統(tǒng)精制棉制備方法中熒光增白劑與纖維素的結(jié)合以物理吸附為主，易因洗滌脫落導(dǎo)致白度衰減。此外，精制棉生產(chǎn)過程中蒸煮、漂白等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水含有高濃度cod、木質(zhì)素及酸性物質(zhì)，傳統(tǒng)處理工藝如酸析氣浮、中和沉淀雖能部分去除污染物，但運(yùn)行成本高，且難以完全消除有機(jī)物殘留，導(dǎo)致廢水排放仍存在環(huán)境風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種無氯漂白制備精制棉的方法，包括以下步驟：

2、s1.將經(jīng)過堿煮的棉纖維置于過氧化氫、氨基三亞甲基膦酸、納米二氧化鈦以及納米復(fù)合無氯漂白劑的混合液中，在40-60℃下采用等離子體處理；

3、s2.在s1所得混合物中加入過氧化氫、木質(zhì)素過氧化物酶及熒光增白劑，在60-80℃下采用led光源照射和超聲波處理；

4、s3.在s2所得混合物中加入亞硫酸氫鈉與1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，在20-35℃下微波處理。

5、更進(jìn)一步，步驟s1中所述過氧化氫的質(zhì)量濃度為3-5%，氨基三亞甲基膦酸的質(zhì)量濃度為0.2-0.5%，納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為0.1-0.3%，納米復(fù)合無氯漂白劑的質(zhì)量濃度為5-10%。

6、更進(jìn)一步，步驟s1中棉纖維與混合液的固液比為1:5-1:20。

7、更進(jìn)一步，步驟s2中所述過氧化氫的質(zhì)量濃度為4-6%，木質(zhì)素過氧化物酶的質(zhì)量濃度為0.05-0.1%，熒光增白劑的質(zhì)量濃度為0.05-0.15%。

8、更進(jìn)一步，步驟s3中所述亞硫酸氫鈉的質(zhì)量濃度為0.5-1%，1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的質(zhì)量濃度為2-5%。

9、更進(jìn)一步，所述步驟s1中，等離子體處理時間為45-90min，所述等離子體為氬氣等離子體，功率為100-150w。

10、更進(jìn)一步，所述步驟s2中，led光源的波長為360-370nm，光通量為2000-3000lm，超聲波頻率為20-30khz，功率為300-500w，處理時間為90-150min。

11、更進(jìn)一步，所述步驟s3中，微波頻率為2450mhz，功率為300-500w，處理時間為30-60min。

12、更進(jìn)一步，經(jīng)過堿煮的棉纖維先采用脈沖電場-臭氧聯(lián)合處理，臭氧濃度為40-60mg/l，脈沖電場電壓10-20kv、頻率50-100hz，處理時間10-20min。

13、更進(jìn)一步，所述納米復(fù)合無氯漂白劑包括以下組分：5-7%過氧化氫、0.8-1.2%四乙酰乙二胺、0.3-0.5%介孔二氧化硅、0.05-0.1%石墨烯量子點、0.1-0.3%有機(jī)硅消泡劑及0.05-0.15%聚羧酸鹽分散劑，其余組分為水。

14、在精制棉的制備過程中，本技術(shù)方案采用脈沖電場-臭氧聯(lián)合處理，通過物理與化學(xué)手段的協(xié)同作用，顯著提升了雜質(zhì)去除效率，同時降低了對纖維結(jié)構(gòu)的破壞風(fēng)險。臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，能夠有效分解棉纖維中的木質(zhì)素、色素等雜質(zhì)。在堿性條件下，臭氧分子與木質(zhì)素中的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化反應(yīng)，破壞其共軛體系，使其轉(zhuǎn)化為可溶性小分子物質(zhì)，從而更容易被去除。這一過程不僅提高了棉纖維的白度，還減少了后續(xù)漂白步驟中對氧化劑的依賴，降低了整體能耗。脈沖電場通過施加瞬間高壓脈沖，在棉纖維周圍形成強(qiáng)電場，改變纖維細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)臭氧分子與纖維內(nèi)部雜質(zhì)的接觸反應(yīng)。此外，脈沖電場還能誘導(dǎo)纖維發(fā)生膨化，增加纖維的孔隙率，從而提高臭氧和后續(xù)漂白劑的滲透能力。這種物理輔助作用使得臭氧分子能夠更有效地擴(kuò)散至纖維內(nèi)部，提高雜質(zhì)去除效率，同時減少纖維表面的機(jī)械損傷。與單獨(dú)使用臭氧或脈沖電場相比，脈沖電場-臭氧聯(lián)合處理在雜質(zhì)去除效果和纖維保護(hù)方面具有顯著優(yōu)勢。臭氧的強(qiáng)氧化性能夠高效分解木質(zhì)素和色素，而脈沖電場則通過物理作用增強(qiáng)反應(yīng)動力學(xué)，使臭氧分子更充分地與纖維接觸。此外，該處理方式無需引入其他化學(xué)試劑，避免了傳統(tǒng)預(yù)處理方法中可能產(chǎn)生的二次污染問題，在溫和條件下實現(xiàn)高效的預(yù)處理效果，為后續(xù)漂白步驟奠定基礎(chǔ)。

15、在完成預(yù)處理后，棉纖維進(jìn)入s1步驟，該步驟通過混合液處理與等離子體處理相結(jié)合，進(jìn)一步去除雜質(zhì)并提高白度。過氧化氫作為一種常用的無氯漂白劑，在分解過程中產(chǎn)生羥基自由基，這些自由基具有強(qiáng)氧化性，能夠攻擊棉纖維中的發(fā)色基團(tuán)，將其氧化分解為小分子物質(zhì)，從而實現(xiàn)漂白效果。在漂白過程中，纖維中的金屬離子作為催化劑加速過氧化氫的無效分解，降低漂白效率，甚至引發(fā)纖維氧化降解。為此，s1步驟中添加了氨基三亞甲基膦酸，其作為螯合劑，能夠與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，抑制其催化作用，從而穩(wěn)定過氧化氫的分解速率，提高漂白劑的利用率。此外，螯合劑還能減少金屬離子對纖維的氧化損傷，保護(hù)纖維的結(jié)構(gòu)完整性。納米二氧化鈦具有光催化活性，在等離子體處理產(chǎn)生的能量作用下，能夠吸收特定波長的光，產(chǎn)生電子-空穴對?？昭ň哂袕?qiáng)氧化性，可將吸附在納米二氧化鈦表面的水分子氧化為羥基自由基，進(jìn)一步增強(qiáng)體系的氧化能力。納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度控制在0.1-0.3%，在此范圍內(nèi)，既能充分發(fā)揮其光催化作用，又不會因濃度過高導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，影響其分散性和活性。此外，納米二氧化鈦還能提高棉纖維對光的散射能力，有助于提升精制棉的白度。

16、s1步驟中使用的納米復(fù)合無氯漂白劑包含多種組分，其中四乙酰乙二胺作為氧活化劑，能夠與過氧化氫反應(yīng)生成過氧乙酸，后者具有更強(qiáng)的氧化性，可進(jìn)一步增強(qiáng)漂白效果；介孔二氧化硅具有較大的比表面積和孔隙率，能夠吸附色素和雜質(zhì)，同時作為載體負(fù)載其他活性成分，提高其分散性和穩(wěn)定性；石墨烯量子點具有優(yōu)異的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠促進(jìn)光催化反應(yīng)的進(jìn)行，提高漂白效率；有機(jī)硅消泡劑用于消除漂白過程中產(chǎn)生的泡沫，避免泡沫對反應(yīng)的不利影響；聚羧酸鹽分散劑則有助于維持體系中各成分的分散狀態(tài)，保證反應(yīng)的均勻性。在40-60℃下采用氬氣等離子體處理，通過高能粒子轟擊纖維表面，等離子體不僅增加了纖維的孔隙率，還產(chǎn)生更多的活性自由基，與過氧化氫協(xié)同作用，顯著增強(qiáng)脫木質(zhì)素效率和氧化漂白能力。此外，等離子體處理還能改善棉纖維的表面性能，增加纖維的粗糙度和比表面積，提高纖維與漂白劑的接觸面積，從而提高漂白效果。

17、在反應(yīng)條件優(yōu)化方面，s1步驟的溫度控制至關(guān)重要，低于40℃時，過氧化氫的分解速率過慢，taed的活化效率不足，導(dǎo)致木質(zhì)素降解緩慢；而高于60℃則可能引發(fā)過氧化氫的劇烈分解，增加纖維素氧化風(fēng)險。因此，將反應(yīng)溫度限定在40-60℃之間，既能保證反應(yīng)動力學(xué)的合理性，又能避免纖維損傷。上述組分的協(xié)同作用使得木質(zhì)素脫除率在40-60℃的低溫條件下也有較好的表現(xiàn)。

18、在s1步驟的基礎(chǔ)上，s2步驟進(jìn)一步通過添加木質(zhì)素過氧化物酶，并結(jié)合led光源與超聲波處理，以提高漂白效率并改善纖維性能。木質(zhì)素是影響棉纖維白度和純度的重要雜質(zhì)之一。木質(zhì)素過氧化物酶作為一種特異性降解木質(zhì)素的酶，能夠催化木質(zhì)素分子中的芳香環(huán)氧化斷裂，將其分解為小分子物質(zhì)，從而進(jìn)一步去除棉纖維中的木質(zhì)素，提高精制棉的純度和白度。熒光增白劑通過吸收紫外線并將其轉(zhuǎn)化為藍(lán)色或紫色的可見光發(fā)射，補(bǔ)償棉纖維因自然顏色偏黃而導(dǎo)致的視覺白度不足，從而提高精制棉的白度。在60-80℃下采用led光源照射和超聲波處理，led光源的波長為360-370nm，光通量為2000-3000lm，該波長的光能夠被納米二氧化鈦等光催化劑有效吸收，激發(fā)其產(chǎn)生更多的電子-空穴對，增強(qiáng)光催化氧化反應(yīng)，促進(jìn)漂白過程。同時，光照還能促進(jìn)熒光增白劑的吸收和發(fā)射，提高增白效果。超聲波頻率為20-30khz，功率為300-500w，處理時間為90-150min。超聲波通過空化效應(yīng)在液體中產(chǎn)生微小氣泡，氣泡破裂時會產(chǎn)生局部高溫、高壓和強(qiáng)烈的沖擊波，這些作用能夠破壞棉纖維表面的雜質(zhì)和纖維之間的結(jié)合力，促進(jìn)漂白劑的滲透和擴(kuò)散，提高反應(yīng)速率和均勻性。此外，超聲波還能分散纖維，防止纖維團(tuán)聚，有利于獲得均勻的漂白效果。led光源與超聲波的協(xié)同作用相比單一的處理方式，能夠更有效地提高漂白效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時在相對較低的溫度下進(jìn)行處理，減少了對棉纖維的熱損傷，有利于保持纖維的強(qiáng)度和其他性能。

19、在s3步驟，工藝的核心在于通過化學(xué)還原和物理保護(hù)相結(jié)合的方式，解決漂白后纖維的返黃問題。亞硫酸氫鈉具有還原性，它可以與體系中殘留的氧化性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，將其還原為無害物質(zhì)，從而終止漂白反應(yīng)，避免過度氧化對棉纖維造成損傷。此外，亞硫酸氫鈉還能與部分色素發(fā)生加成反應(yīng)，進(jìn)一步降低精制棉的色澤，提高白度。1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（emimac）作為離子液體，在微波處理下發(fā)揮雙重作用：一方面，其極性基團(tuán)吸收微波能量，局部升溫加速亞硫酸氫鈉的還原反應(yīng)；另一方面，emimac在纖維表面形成保護(hù)膜，阻止氧氣和水分的侵入，從而降低返黃值。微波處理的頻率設(shè)定為2450mhz，功率為300-500w，處理時間為30-60min。微波的選擇性加熱特性確保了emimac的均勻分布，同時通過分子振動促進(jìn)其在纖維表面的致密化，形成穩(wěn)定的防護(hù)層。這一工藝設(shè)計不僅提高了防返黃效果，還顯著降低了能耗，因為微波處理能夠在較低溫度下完成反應(yīng)，避免傳統(tǒng)加熱方式帶來的纖維損傷。

20、綜上所述，本技術(shù)的有益效果為：

21、1.采用脈沖電場-臭氧聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)，臭氧強(qiáng)氧化分解木質(zhì)素和色素等雜質(zhì)，提升纖維白度并減少后續(xù)漂白劑用量；脈沖電場促進(jìn)臭氧及后續(xù)漂白劑滲透，雜質(zhì)去除效率顯著提高，同時減少纖維表面機(jī)械損傷，避免傳統(tǒng)預(yù)處理中化學(xué)試劑引入的二次污染問題。

22、2.步驟s1在40-60℃低溫下實現(xiàn)高效脫木質(zhì)素，atmp螯合金屬離子抑制過氧化氫無效分解，納米二氧化鈦光催化產(chǎn)生活性自由基增強(qiáng)氧化能力，納米復(fù)合漂白劑進(jìn)一步強(qiáng)化脫木質(zhì)素效率，纖維損傷低且白度顯著提升。

23、3.步驟s2添加木質(zhì)素過氧化物酶、熒光增白劑，結(jié)合led光源與超聲波處理，在60-80℃下精準(zhǔn)降解殘留木質(zhì)素。lip特異性催化木質(zhì)素芳香環(huán)斷裂，熒光增白劑通過吸收紫外光發(fā)射藍(lán)光補(bǔ)償偏黃色澤；led激發(fā)光催化劑產(chǎn)生活性物種，超聲波空化效應(yīng)加速酶滲透與反應(yīng)均勻性，低溫處理減少纖維熱損傷。

24、4.步驟s3通過亞硫酸氫鈉與1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽微波處理，亞硫酸氫鈉還原殘留氧化物終止漂白反應(yīng)，1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽在纖維表面形成保護(hù)膜阻隔氧氣和水分，降低返黃值；微波選擇性加熱提升反應(yīng)效率，常溫處理避免纖維損傷，能耗較傳統(tǒng)工藝降低。

25、5.整體工藝實現(xiàn)無氯漂白，杜絕二噁英等致癌副產(chǎn)物生成，廢水清潔易處理；s1與s3步驟分別在40-60℃和常溫下進(jìn)行，整體能耗降低；多步驟溫和處理使纖維聚合度保留率提高，斷裂強(qiáng)度優(yōu)于傳統(tǒng)氧漂工藝。