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Aus ökologischen Gründen hat die Zellstoffindustrie bei der Bleiche von Zellstoffen große Anstrengungen unternommen, um Chlor und chlorhaltige Verbindungen durch chlorfreie, wie Sauerstoff und Peroxid in alkalischem Milieu, sowie Kombinationen beider Bleichmittel und Ozon in saurem Medium zu ersetzen.
Prof. Dr. Rudolf Patt und seiner Arbeitsgruppe im Ordinariat für Holztechnologie der Universität Hamburg ist es nun in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Karl Wieghardt vom Max-Planck-Institut für Strahlenchemie in Mülheim/Ruhr gelungen, einen Katalysator zu finden, der Peroxid im alkalischen Milieu aktivieren kann, um eine ausreichende Delignifizierung bereits bei niedrigen Temperaturen unter Vermeidung des Abbaus der Cellulose zu erreichen.
Der Katalysator hat drei Vorteile:
- Er bleicht Zellstoffe chlorfrei in Peroxidstufen schonend auf hohe Weißgrade.
- Er spart im Vergleich zur bisher angewandten Technik (vier bis sieben Stufen mit zwischengeschalteten Wäschen) mehrere Bleichstufen ein.
- Er schafft günstige Voraussetzungen für eine Schließung des Wasserkreislaufs der Zellstoffbleiche.
Zur Zeit laufen die Vorbereitungen für die industrielle Produktion des Katalysators und seinen Einsatz in der Zellstoffindustrie.
Weltweit werden zur Zeit nur sehr geringe Zellstoffmengen absolut chlorfrei gebleicht. Die wesentlichen Gründe dafür sind die erhöhten Kosten einer chlorfreien Bleiche, aber auch die geringere Selektivität von chlorfreien Bleichmitteln, d. h. neben der Entfernung des Lignins (Delignifizierung)- das ist die Holzkomponente, die für die dunkele Färbung eines Zellstoffs verantwortlich ist - findet auch ein Angriff auf die Kohlenhydrate des Zellstoffs statt, wodurch sich dessen Ausbeute und Festigkeiten vermindern.
Neben der Vermeidung von chlorierten Abbauprodukten des Lignins soll eine chlorfreie Bleiche auch die Schließung des Wasserkreislaufs einer Zellstofffabrik ermöglichen. In diesem Fall muß der Waschwasserverbrauch einer Bleichfolge dadurch minimiert werden, daß in den verschiedenen Waschstufen zwischen den Bleichstufen jeweils das Wasser der nachfolgenden Waschstufe verwendet wird, d. h. Zellstoff und Waschwasser sich gegenläufig durch die Bleiche bewegen und Bleich- und Aufschlußabwässer vereinigt werden. Dies ist nur möglich, wenn in den verschiedenen Bleichstufen in etwa konstante Temperaturen und pH-Werte vorliegen. Das ist nur erreichbar, wenn die Bleiche ausschließlich mit Sauerstoff und Wasserstoffperoxid im alkalischen Milieu praktiziert wird. Die delignifizierende Wirkung beider Bleichmittel, insbesondere des Peroxids, ist jedoch im Vergleich zu chlorhaltigen Bleichmitteln gering. Peroxid wirkt nur bei hohen Temperaturen um 100 Grad Celsius ausreichend delignifizierend. Unter diesen Bedingungen zerfällt es in durch Schwermetalle katalysierte Reaktionen und baut auch die Cellulose intensiv ab.
Der jetzt gefundene Katalysator aktiviert das Peroxid bereits bei Temperaturen um 50 Grad so intensiv, daß mehr als zwei Drittel des noch im Zellstoff enthaltenen Lignins gelöst werden können und die Reaktionszeit im Vergleich zu einer nicht katalysierten Stufe auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann, trotz der niedrigeren Temperatur der katalysierten Bleiche. Die Entfernung des Lignins geschieht zudem sehr selektiv, d. h. die Kohlenhydrate des Zellstoffs werden kaum angegriffen, so daß die gebleichten Zellstoffe sehr gute Festigkeiten haben.
Der Katalysator selbst ist ein binuklearer Mangankomplex, in dem die beiden Manganionen in einem hohen Oxidationszustand vorliegen. Er ist hochaktiv, so daß nur 10 bis 20 parts per million pro Zellstoff eingesetzt werden müssen. Die weltweit am häufigsten hergestellten Sulfatzellstoffe, die als schwer bleichbar gelten, können in einer Peroxidstufe in ingesamt zwei bis drei Bleichstufen auf höchste Weißgrade gebracht werden, wenn der Katalysator eingesetzt wird.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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