تاثیر استفاده از لجن فعال و فورفورال بر ویژگی‌های فیزیکی و مقاومتی خمیر کاغذ بازیافتی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ،گروه صنایع چوب و کاغذ، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران،

2 دانشیار ، گروه صنایع چوب و کاغذ، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران،

3 دانشیار، گروه صنایع چوب و کاغذ، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران،

4 استادیار ، گروه صنایع چوب و کاغذ، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران

چکیده

سابقه و هدف: یکی از پسماند‌های مهم در صنعت خمیر و کاغذ، وجود لجن فعال است. در مجتمع صنایع چوب و کاغذ مازندران روزانه حدود 14 تن لجن فعال تولید می‌‌شود که آلودگی زیست محیطی زیادی را به دنبال دارد. بنابراین لزوم استفاده از این ماده در صنایع مختلف کاغذسازی بسیار ضروری است. یکی از روش‌های حذف آلودگی زیست محیطی و فلزات سنگین، تیمار شیمیایی با فورفورال است. این تحقیق با هدف تیمار شیمیایی لجن فعال کارخانه کاغذسازی با فورفورال و تاثیر آن بر ویژگی‌های فیزیکی و مقاومتی خمیرکاغذ بازیافتی انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای تهیه نمونه‌‌های آزمونی، لجن فعال با نسبت‌های 0، 10، 15 و 20 درصد با خمیر روزنامه باطله اختلاط و پالایش گردیدند. به همین منظور، ابتدا لجن فعال به مدت 30 دقیقه در فورفورال 3 درصد پیش تیمار و سپس در حمام بن ماری با دمای 100 درجه‌سانتی‌گراد و زمان‌ 90 دقیقه‏ تیمار شدند، و مجددا نمونه‌ها با نسبت‌‌های یاد شده با خمیر روزنامه باطله بر اساس استاندارد تاپی تهیه شدند. در نهایت جذب آب و خواص مکانیکی آن‌‌ها به خصوص مقاومت‌‌های کششی، پارگی، حلقه شدن، ترکیدن و تاه شدن اندازه‌گیری شدند.
یافته ها: نتایج تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که لجن فعال تاثیر معنی‌داری بر ویژگی‌های مقاومتی و جذب آب نمونه‌ها داشته است. اختلاف معنی‌دار در مقاومت به پارگی و جذب آب بین نمونه‌‌های تیمار شده و تیمار نشده مشاهده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش لجن فعال تیمار نشده در نمونه‌ها ویژگی‌‌های مقاومتی کاهش و جذب آب افزایش یافت. با تیمار شیمیایی لجن فعال با فورفورال، افزایش در ویژگی‌‌‌های مقاومتی و کاهش در مقدار جذب آب مشاهده گردید. نتایج FT-IR نشان داد که تیمار فورفورال باعث تقویت و فعال شدن گروه‌‌های عاملی موجود در سطح الیاف لجن فعال شده است. همچنین تخریب نمونه‌‌های تیمار شده با فورفورال نسبت به نمونه‌های لجن فعال تیمار نشده و نمونه‌‌های ساخته شده از خمیر روزنامه باطله با سرعت کندتری صورت پذیرفت، به طوری-که نمونه‌‌های تیمار شده در طی زمان 120 روز به مقدار 26 درصد تخریب داشته است. نمونه‌‌های ساخته شده از خمیر روزنامه باطله و نمونه‌‌های لجن تیمار نشده در طی زمان 120 روز حدود 83 و 75 درصد کاهش وزن نشان داده است.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج به دست آمده، درصد اختلاط 5 درصد لجن تیمار شده با فورفورال از نظر ویژگی‌‌های مقاومتی و جذب آب مناسب‌تر بوده است. استفاده از لجن فعال در درصدهای بالاتر برای محصول ساخته شده به دلیل کاهش ویژگی‌های مقاومتی و افزایش مقدار جذب آب مناسب توصیه نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of using activated sludge and furfural on physical and mechanical properties of old newspaper recycled pulp

نویسندگان [English]

  • Naghmeh Amani 1
  • Ramin Veysi 2
  • Majid Kiaei 2
  • Abdollah Najafi 3
  • Eshagh Ebadi 4
1
2 Corresponding author,Department of Wood Science and Paper Technology, Chalous branch, Islamic Azad University, Chalous, Iran, Email
3 Department of Wood Science and Paper Technology, Chalous branch, Islamic Azad University, Chalous, Iran
4 Department of Wood Science and Paper Technology, Chalous branch, Islamic Azad University, Chalous, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: One of the major problems in the pulp and paper industry is the presence of activated sludge. The Mazandaran Wood and Paper industries factory about 14 tones of activated sludge daily, which results in high environmental pollution. Therefore, the necessity of using this material in different paper industries is very important.Chemical treatment with furfural is one of the methods for removal of environmental pollution and heavy metals. This study aimed to scrutinize chemical treatment of activated sludge with furfural of 3% and its effect on the physical and mechanical properties of recycled paper pulp.
Materials and methods: Initiallyfor the preparation of test specimens, the activated sludge were mixed and refined with waste newsprint paper pulp at ratios of 0, 10, 15 and 20%.The activated sludge was treated in a beaker for 30 min in 3% furfural and then in a water bath at 100 ° C for 90 min.After that, the treated activated sludge was mixed and refined with waste newsprint paper pulp at ratios of 0, 5, 10, 15 and 20%. And again, the samples with the above ratios were prepared with newsprint paper pulp according to TAPPI standard.Finally, water absorption and their mechanical properties, especially tensile strength, tear, RCT, burst and folding strength were measured.
Results: The results of statistical analysis showed that activated sludge had a significant effect on the mechanical strength and water absorption of specimens. Significant differences in tear strength and water absorption were observed between the treated and untreated samples. The results showed that by increasing the untreated activated sludge in the samples the mechanical properties decreased and the water absorption increased. Chemical treatment with furfural activated sludge showed an increase in the mechanical properties and a decrease in the amount of water absorption. FT-IR spectrum results of the treated samples showed that treatment with furfural to strengthen and activate the functional groups on the surface of activated sludge fibers.Degradable of furfural treated samples was also lower than samples that of untreated activated sludge and samples made of waste newsprint paper pulp so that the treated samples had 26% degradation over 120 days. Samples from waste newsprint paper pulp and untreated sludge samples showed a 83% and 75% weight loss over 120 days, respectively.
Conclusion: According to the results, mixing ratio of 5% of furfural treated sludge was better in terms of strength and water absorption properties. Use of activated sludge at higher ratio for the product made is not recommended due to reduced mechanical strength and increased water absorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Activated sludge
  • Furfural
  • Newsprint paper
  • Strength properties
  • Old newspaper recycled pulp

مراجع

 1.Ahmadi Lajimi, A., Azadfallah, M., Hamzeh, Y., and Rahmaninia, M. 2020. Effect of cationic poly DADMAC based fixing agent on strength properties OCC pulp. Iranian J. of Wood and Paper Industries. 10: 4. 605-616. (In Persian)
2.Donger, P., Driscoll, M., Amidon, T., and Bujanovic, B. 2015. Lignin-Furfural based adhesive. Energies. 8: 8. 7897-7914.

3.Efhami Sisi, D., Sharifat, M., France Tunan, M., Taromian, A., and Jonoobi, M. 2018. Evaluation of furfural/urea complexes to improve physico-mechanical properties of birch wood. Wood and Forest Science and Technology Research J. 25: 4. 117-134. (In Persian)

4.Ghafari, R., Doost Hosseini, K., Mirshokraiee, S.A., and Abdolkhani, A. 2015. The study of thermal behavior and diffusion of furfural modified aldehyde resin urea form. J. of Forest and Wood Product. 68: 3. 479-490. (In Persian)

5.Girones, J., Pardini, G., Vilasea, F., Pelach, M.A., and Mutje, P. 2010. Recycling of paper mill sludge as filler/reinforcemeni in polypropylene composites. J. of Polymers and the Environment. 18: 3. 407-412.
6.Horace, K., Moo, Y., and Charles E, Ochola. 1999. The future of paper industry waste management. P 81-99, In: Proceedings of the Middle Atlantic Regional Conference, Department of Civil and Environmental Engineering, Lehigh University, Bethlehem, PA, USA.
7.Husseinsyah, S., Ismail, H., and Bakar, A. 2005. The effect of paper sludge content and size on properties of PP/EPDM composites. J. of Reinforced Plastic and Composites Polymer. 24: 2. 147-159.
8.Jungil, S., Han-Seung, Y., and Hyun-Joong, K. 2004. Physico-mechanical properties of paper sludge–thermoplastic polymer composites. Thermoplastic Composite Materials J. 17: 6. 509-522.
9.Jungil, S., Hyun-Joong, K., and Phi-Woo, L. 2001. Role of paper sludge particle size and extrusion temperature on performance of paper sludge–thermoplastic polymer composites. Applied Polymer Science J. 82: 11. 2709-2718.
10.Kord, B., and Taghizadeh Haratbar, D. 2014. Influence of fiber surface treatment on the physical and mechanical properties of wood flour-reinforced polypropylene bionanocomposites. J. of Thermoplastic Composite Materials.
29: 7. 979-992. (In Persian)
11.Lertsutthiwong, P., Khunthon, S., Siralertmukul, K., Noomun, K., and Chandrkrachang, S. 2008. New insulating particleboards prepared from mixture of solid wastes from tissue paper manufacturing and corn peel. Bioresource Technology J. 99: 11. 4841-4845.
12.Lv, S., Zhang, Y., Gu, J., and Tan, H. 2017. Biodegradation behavior and modeling of soil burial effect on degradation rate of PLA blended with starch and wood floor. Celloids and Surfaces B: Biointerfaces. 159: 800-808.
13.Miri, S.M., Ghasemian, A., and Ariaiee Monfared, M.H. 2016. Investigation of optical and mechanical properties of neutralized wastewater composite
pulp. Gorgan, J. of Wood and Forest Science and Technology. 23: 4. 293-314 (In Persian) 14.Mirshokraiee, S.A. 1995. Pulp and paper technology. Payame noor Publication. Tehran, Iran, Press, 500p. (In Persian)
15.Pappu, A., Saxena, M., and Asolekar, S.R. 2007. Solid wastes generation in India and their recycling potential in building materials. Building and Environment. Science Direct J. 42: 6. 2311-2320.
16.Passoni, V., Scarica, C., Levi, M., Turri, S., and Griffini, G. 2016. Fractionation of industrial softwood kraft lignin: Solvent selection as a tool for tailored material properties. ACS Sustainable Chemistry and Engineering J. 4: 4. 2232-2242.
17.Pourkarim Dodangeh, H., Jalali Torshizi, H., Rudi, H., and Ramezani, O. 2016. Performance of nano fibrillated cellulose (NFC) and chitosan bio-polymeric system on recycled and paper properties of old corrugated containers. Iranian J. of Wood and Paper Science Industries. 7: 2. 297-309. (In Persian)
18.Pourmahmoudi, S., Torabi Vostikolaee, I., and Omidbakhsh Amiri, E. 2017. Simulation of liquor concentration unit in Mazandaran wood and paper industry. Iranian J. of Wood and Paper Science Research. 32: 4. 565-575.
19.Rezayati Charani, P., and Moradian, M.H. 2019. Utilization cellulose nanofibers and cationic polymers to improve breaking length of paper. J. of Cellulose Chemistry and Technology. 53: 7-8. 767-774. (In Persian)
20.Schafer, M., and Raffael, E. 2000.On the Formaldehyde Release of Wood. Holzalsroh-Und Werkstoff.58: 4. 259-264.
21.Standard test method for determining aerobic biodegradation in soil of plastic materials or residual plastic materials after composting, Annual book of ASTM, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA. D5988-03, 2003.
22.Technical association of pulp and paper industry. 2009. Standard test methods. Tappi Press, Atlanta, GA. USA.
23.Vaysi, R., and Kord, B. 2013. The effect of H2O2 are bleaching and DTPA spraying on the brightness stability
of hornbeam CMP pulp following accelerated irradiation aging. Bioresource J. 8: 2. 1909-1917. (In Persian)
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 27، شماره 2
شهریور 1399
صفحه 63-78

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار