كاربرد طراحي مركب مركزي جهت بهينه‌سازي پارامترهاي پيش‌تيمار با فراصوت بر مركب‌زدايي شيميايي كاغذ روزنامه باطله

Use of central composite design for optimization of ultrasonic pre-treatment parameters on chemical deinking of old newspaper

مركب زدايي به عنوان يك مرحله تكميلي در فناوري بازيافت كاغذهاي باطله محسوب مي شود كه در طي آن ذرات آلاينده و ساير ناخالصي هاي موجود در آن حذف شده و الياف سلولزي بازيافتي به نسبت خالص براي استفاده دوباره در ساخت كاغذ به دست مي آيد. در اين تحقيق تأثير به كارگيري پيش تيمار فراصوت بر مركب زدايي كاغذهاي روزنامه باطله به روش متداول شيميايي بررسي شد. مقدار متغيرهاي دماي حمام فراصوت و زمان فراصوت با روش طراحي آزمايش بهينه شدند. به اين منظور تعداد 73 آزمايش با روش سطح پاسخ (RSM) و استفاده از طراحي مركب مركزي توسط نرم افزار Design Expert 7.0.0 Trial طراحي شد. دو عامل دماي حمام فراصوت و زمان فراصوت در سه سطح مختلف (-1،0،1+) ) و دو نقطه محوري (α و +α) به عنوان متغيرهاي مستقل و از خواص نوري و مكانيكي كاغذهاي دست ساز به عنوان متغير وابسته استفاده شد. سطوح پاسخ و منحني هاي تراز براي نشان دادن اثر متقابل متغيرهاي مستقل با پاسخ ايجاد شد . آزمون آناليز واريانس (ANOVA) نشان داد كه مدل درجه دوم بهترين مدل براي بيان تقابل بين متغيرهاي مورد مطالعه مي باشد. مقادير پيش بيني شده توسط مدل به دست آمده، با نتايج آزمايشگاهي مطابقت خيلي بالايي داشتند (48 =R^2). مطابق با نتايج ANOVA ، مشخص شد كه تأثير هريك از متغيرها در خواص بهينه معني دار است و زمان فراصوت مؤثرترين عامل بر روي پاسخ است. بر اساس نتايج تجربي، شرايط بهينه پيشنهاد شده براي بيشينه مقدار خواص مكانيكي و نوري كاغذ روزنامه بازيافتي (43/42) دماي حمام فراصوت 47 درجه سانتيگراد و زمان فراصوت 31 دقيقه مي باشد.

To reuse recycled cellulosic fibers in paper production, contamination and other impurities of the fibers is greatly removed using a de-inking stage which is considered as a supplementary step in waste paper recycling technology. The effect of using ultrasonic pretreatment on the deinking of old newspapers was investigated utilizing the common conventional chemical method in this research work. Experimental design method was used to optimize the amount of ultrasonic bath temperature and sonication time. Therefore, 13 tests were designed using Response Surface Methodology (RSM) and Central Composite Design with Design Expert 7.0.0 Trial software. Ultrasonic bath temperature and sonication time at three levels (1, 0 and 1+) and two axial points (α + and α-) were used as independent variables, and the optical and mechanical properties of handsheets were used as dependent variables. Response surfaces and contour plots were served to show the interaction between the independent variables and the response variable. ANOVA test showed that the quadratic model is the best model to explain the interaction among the studied variables. The predicted values of the obtained model had much conformity with the experimental results (R2=0.98). According to ANOVA results, it can be concluded that the effect of each of the variables on the optimal properties is significant and the ultrasonic time is the most effective factor on the response. According to the results, the proposed optimum conditions to achieve the highest amount of mechanical and optical properties (43.43) are the ultrasonic bath temperature 47 oC and the ultrasonic time of 31 min.