Aspectes físics i químics del destintatge de paper revista mitjançant tensioactius catiònics

Abstract

En una tesi anterior (Puig, 2004) es varen estudiar els aspectes mecànics vinculats al desfibratge i als consums energètics associats al procés de desintegració per acabar quantificant les forces implicades en el procés d'individualització dels components de diferents paperots. Aquest estudi, ha permès conèixer les condicions de desintegració que condueixen a un mínim consum energètic, aspecte complementari al reciclatge i destintatge del paperot però molt important per aconseguir un procés realment sostenible. Degut als requeriments del mercat, hi ha un altre aspecte o vessant realment important com és l'eliminació de tinta. Aquest procés, malgrat la complexitat industrial, es pot reduir o simplificar en dues etapes: la desintegració i la flotació. Ambdues, per raons d'eficàcia i condicionades pels agents químics que s'utilitzen, es realitzen en medi fortament alcalí (entorn d'un pH a 12). Aquest fet, genera una forta contaminació (DQO elevada) i per tant, és un procés poc respectuós amb el medi ambient. Els factors que condicionen treballar en medi alcalí són principalment, el despreniment de la tinta del suport, clarament accelerat en medi bàsic i fonamental per un bon destintatge i la utilització de tensioactius aniònics. Aquests tensioactius són sensibles al pH i la seva eficàcia disminueix en medi neutre o quasi neutre. Atès el que s'ha exposat, s'ha plantejat aquesta tesi que porta per títol "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics", com un estudi del procés de destintatge de paper revista recuperat parant especial atenció a les variables físico-químiques i mecàniques del procés i a la seva influència en el despreniment i fragmentació de la tinta, així com en el procés d'eliminació de la tinta per flotació per tal d'avaluar la viabilitat d'un procés de destintatge en medi neutre enfront del destintatge alcalí convencional. S'ha utilitzat, com a paperot a destintar, el paper revista ja que aquest tipus de paper representa un percentatge elevat del paper recuperat a la Unió Europea. A més, aquest tipus de paper és utilitzat habitualment en les plantes de destintatge industrials per millorar les propietats de les suspensions destintades de paper de diari. La utilització de tensioactius catiònics és deguda a que la seva activitat no es veu afectada pel pH de la suspensió. Així, durant la comparació dels processos de destintatge en medi neutre i en medi alcalí, les eficàcies dels processos no es veuran influenciades pel grau d'ionització del tensioactiu. Donada l'absència d'estudis sobre la influència de les variables del procés en les mesures de concentració efectiva de tinta residual (ERIC) i ja que s'ha emprat aquest paràmetre per avaluar el despreniment i fragmentació de la tinta durant l'etapa de desintegració. En primer lloc, s'ha plantejat un estudi fonamental de la influència que poden tenir les variables del procés (granulometria, concentració de tinta i tipus de suport) en aquest paràmetre. Pel que fa a l'etapa de flotació, s'estudiarà l'efectivitat d'aquesta etapa, posant especial atenció a la capacitat del tensioactiu per eliminar tota la tinta despresa en l'etapa de desintegració. A més, donada la poca informació bibliogràfica referida als mecanismes de flotació amb tensioactius catiònics i la influència que té l'adsorció d'aquests agents per part de la suspensió paperera en l'etapa de flotació, s'ha dut a terme un estudi de l'adsorció dels tensioactius catiònics per part dels components d'una suspensió paperera. Per tant, la tesi realitzada té com a objectius:  Estudi fonamental de les mesures de ERIC (concentració efectiva de tinta residual) amb suports específics.  Estudi de la desintegració en medi neutre i comparació amb la desintegració clàssica.  Modelització del desfibratge de paperot a l'etapa de desintegració.  Estudi de l'eliminació de tinta per flotació en medi neutre i comparació amb la flotació clàssica.  Estudi del mecanisme d'adsorció de tensioactius en suspensions de cel·lulosa sintètica i de paperot.

A previous thesis (Puig, 2004) have studied the mechanical aspects related to defibering and to energetic consumptions related to the disintegration process to end up quantifying the forces involved in the process of individualization of the different components of recovered papers. This study has permitted to know the disintegration conditions that lead to a minimum energetic consumption which is a complementary aspect to the recycling and deinking of waste paper but very important to get a really sustainable process. Due to the requests of the market, there is another really important aspect in the wastepaper recycling process which is the elimination of ink. Ink elimination, can be summarized in two unit operations: Disintegration and flotation. Both unit operations are strongly conditioned by the chemical agents used. Usually disintegration is carried out in a highly alkaline medium (pH 12). This fact, cause a high contamination in process waters (high COD) and therefore, the process is not environmentally friendly. The factors that condition the high alkaline medium are mainly ink detachment from the cellulosic support which is clearly accelerated by the alkaline medium, and the utilization of anionic surfactants. These surfactants are sensitive to the pH and its efficiency diminishes in neutral or almost neutral medium. So it has been proposed this thesis entitled "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics" (Physico-chemical aspects of deinking of OMG using cationic surfactants) as a study of the viability of neutral deinking versus alkaline deinking. OMG has been used since this grade represents a high percentage of paper recovered in the European Union. Besides, this grade is used in industrial deinking plants to improve deinked ONP properties. Cationic surfactants are used because its properties are not affected by the pH of the suspension. So during the comparison of deinking processes in neutral and alkaline medium, the process efficiency will not be influenced by the surfactant ionization degree. OMG deinking study begins with a modelization of disintegration followed by an analysis of ink detachment and fragmentation achieved in neutral conditions and comparing them with the results obtained in alkaline conditions. Due to the absence of studies on the influence of the variables of the process in the measurements of effective residual ink concentration (ERIC) and since this parameter has been used to evaluate the detachment and fragmentation of ink during disintegration itself, it has been done a fundamental study of the influence of process variables such as ink particles size, ink concentration and type of the cellulosic support on this parameter. Regarding flotation stage, the effectiveness of this process will be studied focusing on the capability of the surfactant to eliminate all the ink detached during disintegration. Since deinking process is strongly influenced by surfactant adsorption on the different components of wastepaper suspensions and that there is a little information related to flotation mechanisms when cationic surfactants are used it has been accomplished a study of the adsorption of cationic surfactants by the components of a wastepaper suspension (cellulosic support and ink) and the results have been compared with the adsorption of an anionic surfactant in the same conditions. Therefore, the thesis has the following objectives:  Fundamental study of ERIC measurements with specific supports.  Study of neutral disintegration in comparison of traditional alkaline disintegration.  Modelization of paper defibering during disintegration process.  Study of ink elimination by means of a flotation process in neutral medium in comparison with a traditional alkaline flotation process.  Study of the adsorption mechanism of surfactants by a wastepaper suspension.