微量金屬是紙張纖維素氧化的催化劑！

酸是纖維素水解反應(yīng)的催化劑，這已為大家所悉知。但是對于紙張中存在的微量金屬（最通常是鐵），它們對纖維素氧化反應(yīng)起催化作用卻并非為許多人所了解或得到應(yīng)有的重視。

我們知道，纖維素是由許多葡萄糖脫水聚合而成的高分子化合物，它含有多個(gè)羥基。而羥基的存在，使它具有一些特殊的性質(zhì)。例如，在一定的條件下，氫氧基會發(fā)生氧化反應(yīng)，有的變成醛基（—CHO），有的變成酮基（—CO）或羧基（—COOH），從而產(chǎn)生了一系列與原有纖維素結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)——氧化纖維素，使紙張的機(jī)械強(qiáng)度下降。但是，紙張中若有微量金屬（如鐵）的存在，則將加速氧化作用的進(jìn)行。對此漢桑（Hanson）于1939年提出了自己的見解。他在研究中發(fā)現(xiàn)，16世紀(jì)書的顏色、物理狀況，化學(xué)成分的差別，可聯(lián)系為它們含有碳酸鈣（CaCO3）的不同，表現(xiàn)為CaCO3的含量從0.44%（從深褐色、脆變的紙張測得）至2.1%（從白色和保存較好的紙張測得），而鐵的含量同樣是0.06%，并且所有其他因素，包括纖維素含量和其他礦物質(zhì)組成都是相同的。

根據(jù)這些測定，他又發(fā)現(xiàn)7份的碳酸鈣還不足于保護(hù)紙張反抗1份鐵的破壞作用，而且在已知400年的紙樣中發(fā)現(xiàn)，35份碳酸鈣：1份鐵可產(chǎn)生合適的保護(hù)紙張的條件，中等的碳酸鈣與鐵之比是產(chǎn)生中等紙張的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖：

上述兩圖中，位于上方的斜線表示：當(dāng)實(shí)驗(yàn)紙漿中含有鈣、鎂化合物經(jīng)老化處理后得到的結(jié)果（這是因?yàn)殁}、鎂化合物，具有鈍化金屬催化劑如鐵的作用），而位于圖下方的曲線則表示不含鈣、鎂化合物紙漿經(jīng)老化處理后的結(jié)果。

那么紙張中含有一定量的鐵到底來自何處呢？其主要來自紙張的制備過程，通常是從造紙的用水吸收而來，因?yàn)槔w維素吸引鐵和其他陽離子是物體的一種基本性質(zhì)。

鑒于紙張中存在少量的像鐵這類的微量金屬會對纖維素的氧化起催化作用，所以為增加紙張的耐久性，在造紙紙漿水洗過程中，應(yīng)盡量減少洗滌水中微量金屬離子的含量，在造紙加填料時(shí)應(yīng)選用鈣、鎂一類的化合物，并且要有比較適當(dāng)?shù)臄?shù)量；在檔案、圖書需要水洗去酸時(shí)應(yīng)盡可能使用不含鐵離子水，以最大限度地減少微量金屬催化纖維素的氧化作用，延長檔案、圖書的壽命。

以上內(nèi)容摘自連成葉 / 福建師范大學(xué)歷史系《纖維素氧化的催化劑——微量金屬》一文。