펄프 표백시 산소와 이산화염소의 영향 - 수산기 라디칼의 생성과 금속이온의 영향-

The Effect of Oxygen and Chlorine Dioxide during Pulp Bleaching - The Effect of Hydroxyl Radical and Metal Ion -

본 논문에서는 케미루민센스와 HPLC를 사용하여 산소 표백시 수산기 라디칼의 생성과 리그닌 및 탄수화물의 분해와의 상호관련성을 밝히기 위하여 간단한 리그닌 모델화합물인 아포사이놀과 탄수화물 모델화합물인 $\alpha$-D-glucopyranose와 methyl-$\beta$-D-glucopyronoside를 사용하여 연구하였다. 또한 수산기 라디칼의 생성과 금속이온과의 연관성을 검토하고 탈리그닌을 촉진함과 동시에 탄수화물의 분해를 억제하는 최적의 금속이온 농도를 조사하였다. 그 결과 금속이온의 존재가 수산기 라디칼의 형성과 탈리그닌화에 효과적인 영향을 주며, $Cu^{2+}$ > $Mn^{2+}$ > $Mg^{2+}$ > $Fe^{2+}$의 순서로 수산기 라디칼이 생성됨을 알 수 있었다. 이러한 금속이온들은 탄수화물도 분해시키는 문제가 있음을 증명하였다. 그러나 $100{\mu}m\;Mg^{2+}$를 첨가하면 수산기 라디칼의 생성이 억제됨을 알 수 있었다. 또한 $Cu^{2+}$은 탄수화물의 안정성에 나쁜 영향을 미쳤으나, $3{\mu}m\;Mn^{2+}$을 첨가하면 놀랍게도 methyl-$\beta$-D-glucopyranoside에 대해 약간의 보호효과를 나타냄을 알 수 있었다. 이산화염소 라디칼 표백 용액 중에서는 이와 반대로 금속과 관계없이 상당한 양의 수산기 라디칼을 생성하지 않으나 이산화염소 자체의 라디칼이 리그닌만을 선택적으로 분해하였다.

Hydroxyl radicals were detected and their qualitative yields were estimated by using chemiluminescence method and $\gamma$-irradiation technique in oxygen or chlorine dioxide radicals bleaching conditions. The correlation of hydroxyl radical formation and lignin model(Apocynol) or carbohydrate model($\alpha$-D-glucopyranose and methyl-$\beta$-D-glucopyranoside) degradation was studied in the presence of metal ion or without metal ion. The results showed that the presence of metal ions efficiently affected the formation of hydroxyl radicals in oxygen bleaching process, in the order of $Cu^{2+}$ > $Mn^{2+}$ > $Mg^{2+}$ > $Fe^{2+}$, and these metal gave also rise to the degradation of carbohydrate. But it was found that the addition of $100{\mu}m\;Mg^{2+}$ gave an efficient protection against carbohydrate degradation and suppressed the hydroxyl radical formation under oxygen bleaching conditions. And the presence of $Cu^{2+}$ had a detrimental effect on the stability of carbohydrates, whereas the addition of $3{\mu}m\;Mn^{2+}$ surprisingly had a small protective effect on methyl--$\beta$-D-glucopyranoside. In the $ClO_2$ radical bleaching conditions the hydroxyl radical expected to generate from water or substrates was not detected in the presence of metals.