Diffusion of lignin macromolecules within the fibre walls of kraft pulp. Part I: Determination of the diffusion coefficient under alkaline conditions

The intrinsic rate of diffusion of soluble lignin from fibre walls to bulk liquor has never been determined previously because of experimental difficulties; for example, the diffusion rate determined in a stirred cell is affected by the mechanical action of stirring. In our work, the intrinsic rate of diffusion of lignin macromolecules from the fibre walls of a softwood kraft pulp was determined under alkaline conditions using a displacement cell which eliminated external heat and mass transfer resistances and pulp fibre disturbances. The effects of such experimental conditions as pulp bed height and liquid flow rate were studied. The diffusion rate can be described by a diffusion model for a hollow cylinder with a very wide range of diffusion coefficients. The diffusion rate increased with increasing pH. Our results provide a new understanding of the lignin diffusion process in fibre walls, which is affected by the size of lignin molecules and the pores, and by the electrostatic interactions between intrafibre pore walls and lignin. La vitesse de diffusion intrinsèque de la lignine soluble de la paroi des fibres vers le coeur de la liqueur n'a jamais été déterminée antèrieurement à cause de difficultes expérimentales; par exemple, la vitesse de diffusion déterminée dans une cellule agitée est influencée par l'action mecanique de I'agitatio/du brassage. Dans ce travail, nous avons déterminéla vitesse de diffirsion intrinsèque des macromolécules de lignine de la paroi des fibres d'une pàte kraft de bois tendre dans des conditions alcalines, au moyen d'une cellule de déplacement qui élimine les résistances extemes au transfert de chaleur et de matière et les perturbations des fibres de pàte. Les effets de ces conditions expérimentales, comme la hauteur du lit de pàte et le debit liquide, ont été étudiés. La vitesse de diffusion peut &re décrite par un modèle de diffusion pour un cylindre creux dans une très grande game de coefficients de diffusion. La vitesse de diffusion augmente avec le pH. Nos résultats permettent une nouvelle intérpretation du processus de diffusion de la lignine dans la paroi des fibres, lequel est influencé par la taille des molécules de lignine et des pores et par les interactions électrostatiques entre les parois de pores intrafibres et la lignine.