用于制浆工业的单纤维层面硫元素可视化

在制浆与造纸工业中，全球每年约从软木片生产 5 Mt/y 化学热磨机械浆 (CTMP)，用于生产纸板等级。为此目的定制 CTMP 时，需用亚硫酸钠水溶液浸渍木片，以对木质素进行磺化。木质素磺化后，木材解离成纸浆的过程变得更具选择性，从而改善纸浆性能。然而，在微观纤维尺度上，由于木片的宏观尺寸较大，可以强烈推断木材结构的磺化非常不均匀。若确实如此且磺化能进行得更均匀，CTMP 工艺将更高效，并生产出更适合制造纸板的纸浆。因此，本研究旨在开发一种基于 X 射线荧光显微成像 (uXRF) 的技术，用于量化 CTMP 木纤维上的硫分布。需要研究 uXRF 成像用于木纤维硫均匀性测量的可行性。需要明确何种空间与光谱分辨率能够实现硫向单根木纤维内部浸渍的可视化。单纤维成像测量是在 APS 同步辐射设施上进行的。使用 1 um 扫描步长的同步辐射光束，在指定条件下从与非磺化纸浆稀释的 CTMP 样品中获取了元素分布图像。由于测量结果在磺化与非磺化纤维之间显示出显著差异，并且在磺化纤维的壳层中存在显著的浓度峰值，因此所提出的技术被认为是可行的。用于现场 CTMP 硫均匀性测量装置的 uXRF 成像所需空间分辨率约为 15 um，并且建议将沿纤维壳层测量的均匀性用作 CTMP 磺化测量参数。