کاربرد طراحی مرکب مرکزی جهت بهینه‌سازی پارامترهای پیش‌تیمار با فراصوت بر مرکب‌زدایی شیمیایی کاغذ روزنامه باطله

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

                                                                                                 DOR:98.1000/1735-0913.1397.33.489.65.4.1603.32
مرکب‌زدایی به‌عنوان یک مرحله تکمیلی در فن‌آوری بازیافت کاغذهای باطله محسوب می‌شود که در طی آن ذرات آلاینده و سایر ناخالصی‌های موجود در آن حذف شده و الیاف سلولزی بازیافتی به نسبت خالص برای استفاده دوباره در ساخت کاغذ به‌دست می‌آید. در این تحقیق تأثیر به‌کارگیری پیش‌تیمار فراصوت بر مرکب‌زدایی کاغذهای روزنامه باطله به‌روش متداول شیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. مقدار متغیرهای دمای حمام فراصوت و زمان فراصوت با روش طراحی آزمایش، بهینه شدند. به‌این منظور تعداد 13 آزمایش با روش سطح پاسخ (RSM) و استفاده از طراحی مرکب مرکزی توسط نرم افزار Design Expert 7.0.0 Trial طراحی شد. دو عامل دمای حمام فراصوت و زمان فراصوت در سه سطح مختلف (1-، 0 و 1+) و دو نقطه محوری (α+ و α-) به‌عنوان متغیرهای مستقل و از خواص نوری و مکانیکی کاغذهای دست‌ساز به‌عنوان متغیر وابسته استفاده شد. سطوح پاسخ و منحنی‌های تراز برای نشان دادن اثر متقابل متغیرهای مستقل با پاسخ ایجاد شد. آزمون آنالیز واریانس (ANOVA) نشان داد که مدل درجه دوم بهترین مدل برای بیان تقابل بین متغیرهای مورد مطالعه می‌باشد. مقادیر پیشبینی شده توسط مدل بدست آمده، با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خیلی بالایی داشتند (98/0=R2). مطابق با نتایج ANOVA، مشخص شد تأثیر هریک از متغیرها در خواص بهینه معنی‌دار است و زمان فراصوت مؤثرترین عامل بر روی پاسخ می‌باشد. بر اساس نتایج تجربی، شرایط بهینه‌ی پیشنهاد شده برای بیشینه مقدار خواص مکانیکی و نوری کاغذ روزنامه بازیافتی (42/43) دمای حمام فراصوت oC 47 و زمان فراصوت 31 دقیقه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Amini Niaki, S. R. and Ghazanfari Moghaddam, A., 2011. Optimization of lignin content reduction in date palm fibers by Response Surface Methodology and desirability function.Journal of Separation Science and Engineering, 3(1): 31-40.

-Aslan, N., 2007. Application of response surface methodology and central composite rotatable design for modeling the influence of some operating variables of a multi-gravity separator for chromite concentration. Powder Technology, 86: 769–776.

-Akbarpour, I., Resalati, H. and Saraeian, A.R., 2011. Investigation on the appearance properties of waste newspaper deinked by cellulase compared to chemical method. Iranian Journal of Natural Resources, 63(4): 331-341.

-Bajpai, P., 2014. Recycling and Deinking of Recovered Paper. Elsevier, 240p.

-Box, G.E.P. and Behnken, D.W., 1960. Some New Three Level Designs for the Study of Quantitative Variables, Technometrics, 2: 455-475.

-Box, G.E.P. and Hunter, J.S., 1957. Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Annals of Mathematical Statistics. 28(1): 195-241.

-Chen, X., Du, W. and Liu, D., 2008. Response surface optimization of biocatalytic biodiesel production with acid oil. Biochemical Engineering Journal, 40: 423-429.

-Clarke, G.M. and Kempson, R. E., 1997. Introduction to the Design and Analysis of Experiments, Arnold, London, 334p.

-Cornell, J.A., 1990. How to Apply Response Surface Methodology. second ed., American Society for Quality Control, Wisconsin, 82p.

-Gaquere-Parker, A.C., Ahmed, A., Isola, T., Marong, B., Shacklady, C. and Tchoua, P., 2009. Temperature effect on an ultrasound-assisted paper de-inking process. Ultrasonics Sonochemistry, 16: 698–703.

-Kang, T., 2007. Role of External Fibrilation in Pulp and Paper Properties. Ph.D. thesis, Department of Forest Products Technology, Helsinki University of Technology, Espoo, Finland.

-Lu, S. Y., Qian, J. Q., Zhang, G. W., Wei, D. Y., Wu, G. F. and Yi, B. P., 2009. Application of statistical method to evaluate immobilization variables of trypsin entrapped with sol-gel method. Journal of Biochemical Technology, 1(3), 79–84.

-Manson, W., D., Reeves, H, H. and Kocurek, M.J., 1992. Pulp and Paper Manufacture, Vol 6. Stock Preparation, Joint Text Book Committee of the Paper Industry, TAPPI, 3: 187-200.

-Mirshokrai, A., 2001. Guide to Waste Paper. Tehran Aiezh Press. 2nd Edition, 140p.

-Myers, R.H. and Montgomery, D.C., 1995. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. John Wiley and Sons, New York, 728p.

-Noori, H., Hosseini, S.Z., Ghasemian, A., Vaziri, V. and Kabiri, E., 2009. The influence of refining on the mechanical and optical properties of recycled newspaper, Journal of Wood & Forest Science and Technology, 16(2).

-Sharifi, H., Zabihzadeh, S. M. and Ghorbani, M., 2018. The application of response surface methodology on the synthesis of conductive polyaniline/cellulosic fiber nanocomposites. Carbohydrate Polymers, 194: 384–394.

-Shostrom, A., 2007. Principles of chemistry wood, Seyed Ahmad Mirshokraei Translation, Academic Publishing Center, Tehran, 100-170 p. (In Persian).

-Sharifi Pajaie, H. and Taghizadeh, M., 2015. Optimization of nano-sized SAPO-34 synthesis in methanol-to-olefin reaction by response surface methodology. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 24: 59-70.

-Tatsumi, D., Higashihara, T., Kawamura, S. and Matsumoto, T., 2000. Ultrasonic treatment to improve the quality of recycled pulp fiber. Journal of Wood Science, 46: 405-409.

-Wu, C.F.J., and Hamada, M. 2009. Experiments: planning, analysis, and parameter design optimization. Second edition, John Wiley and Sons, New York, 853p.

-Xing, M., Yao, S., Zhou, S., Zhao, Q., Hang Lin, J. and Wen Pu, J., 2010. The influence of ultrasonic treatment on the bleaching of CMP revealed by surface and chemical structural analyses, Bioresources, 5(3): 1353-1365.

-Zhao, Q., Pu, J.W., Xing, M. and Zhou, S. k., 2009. Influence of ultrasonic treatment on fiber morphology structure in bleaching process, China Pulp & Paper Industry, 30(2), 28-33.