一種木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法
2023-09-24 02:28:50 1
一種木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法
【專利摘要】本發明公開一種木聚糖酶預處理提高氧鹼製漿效果的方法，將非木材纖維原料進行木聚糖酶預處理後再進行氧鹼製漿，木聚糖酶預處理條件為：液比為1:3~1:8，pH值為5.0~9.5，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料5IU~30IU木聚糖酶，處理時間為15min~280min，處理溫度為20~55℃，處理後的原料經脫水或洗滌脫水後送入蒸煮器，採用氧鹼蒸煮方法製備紙漿；在氧鹼製漿過程中，在相同條件下用木聚糖酶預處理過的原料與用水預處理後的原料相比較：其細漿得率得率提高1~3個百分點，未漂漿白度提高2%ISO~5%ISO，鹼耗降低2%~5%。
【專利說明】一種木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，其屬於製漿造紙【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近幾年，我國製漿造紙行業持續穩定的發展，紙和紙板的產量位居世界第一，但同時也是原料緊缺問題日趨嚴重，為了緩解我國的造紙原料嚴重不足現狀，尤其是木材原料緊張問題，大力發展非木材纖維原料製漿造紙顯得尤為重要，我國為農業大國，年產大量農業固體廢棄物，其中麥草、稻草、蔗渣等都是很好的造紙用纖維原料，以蔗渣為例，廣西、雲南、廣東、福建等省是甘蔗的主要產區，作為製糖工業的主要副產品，每生產出It的蔗糖就會產生約It的蔗渣，蔗渣作為製糖業的副產物，來源集中，產量大，易於貯存和運輸，而蔗渣成分中纖維素為32 %?48 %、半纖維素19 %?24%、木質素23 % —32 %、灰分約4%，可作為較好的造紙原料，非木材纖維原料常常採用燒鹼法、燒鹼-蒽醌法生產化學漿，但因其黑液粘度高、有機物含量低、矽含量高、熱值低等特點，難以進行有效回收，造成嚴重的環境汙染問題，為此，找到一種適合非木材纖維原料的清潔製漿方法尤為重要。
[0003]氧鹼製漿所使用的藥劑為鹼和氧氣，可以解決含硫製漿的廢氣汙染問題；氧鹼製漿黑液的黏度低，有利於非木材原料的鹼回收；氧鹼製漿具有製漿和漂白的雙重作用，所得紙漿白度高，可以大大降低後續漂白的藥品用量，伴隨著人們對環境的要求越來越嚴苛，氧鹼製漿這種清潔紙漿製備方法必定成為非木材纖維原料製漿造紙發展的必然趨勢。
[0004]陳克利、孫兵等人，通過氧鹼製漿前的清水、過程廢水或微生物處理改善原料特性，通過氧鹼製漿過程中蒸煮溫度的降低、保護劑的加入提高氧鹼製漿效果，但是，氧鹼蒸煮過程中鹼耗高的問題未考慮和涉及到，而氧鹼蒸煮脫木素過程中，碳水化合物的剝皮反應和氧化降解嚴重，使得氧鹼製漿過程中的鹼僅有40%-50%用於木素脫除，造成了鹼的利用率低、鹼耗大大增加的嚴重問題，有待於進一步解決。
[0005]尤紀雪、詹懷宇、陳嘉川、趙健等人的研究表明，利用木聚糖酶處理紙漿，可以降低木聚糖對紙漿纖維化學漂白的影響，從而降低漂白藥劑的用量，降低漂白廢水汙染，以及可以提高紙漿處理的速度，在製漿方面，雖然木聚糖酶預處理可以改善纖維的結構，促進藥液滲透的作用，但主要應用於化學機械製漿的預處理中，在化學法製漿中的應用和研究較少，特別是在木聚糖酶預處理對氧鹼製漿及其鹼耗方面的影響研究未見報導。
[0006]本發明採用木聚糖酶預處理非木材纖維原料，解決微生物預處理原料過程中選擇性差的問題，使原料中非造紙用碳水化合物選擇性溶出，降低氧鹼製漿過程中因碳水化合物降解引起的鹼耗高的問題，同時達到提高其氧鹼製漿的效果。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:(1)將纖維原料與水混合均勻，液比為1:3~1:8，用濃度為0.01moL/L~3moL/L稀鹼和稀酸調節pH值，使pH值為5.0~9.5，然後加入木聚糖酶在201:~551:下反應15111111~280111111，過濾後得到預處理纖維原料；
(2)將預處理後的纖維原料進行脫水或進行2~3段逆流洗滌後脫水，最後一段採用清水洗滌，洗滌脫水後的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水或洗滌脫水後的纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa^0.6MPa，將溫度升高到79°C~110°C，升溫時間為30mirTl00min，保溫時間為3(Tl80min，製漿條件為:NaOH的用量20%~28%，漿濃8%~15%，MgSO4 用量 0.1%~1.5%, Na2SiO3 用量 0.0%~1.5% ；
(4)蒸煮結束後，實施漿料的噴放，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮纖維原料進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。[0008]本發明所述木聚糖酶用量為每克絕幹原料中加入51曠30IU木聚糖酶；
本發明所述木聚糖酶為市售木聚糖酶；
纖維原料為非木材纖維原料，如麥草、稻草、蔗渣、龍鬚草等；
本發明的有益效果是:
(1)本發明採用含纖維素酶(OIU/mL飛IU/m)較低的木聚糖酶，代替直接使用微生物，對原料進行生物預處理，由於酶對底物反應具有專一性、處理過程也比較容易控制、酶液與原料之間也易實現均勻混合，因而保證了生物預處理後原料的質量及其均勻性；
(2)本發明採用木聚糖酶對原料進行預處理後，縮短了生物預處理的時間，從幾天縮短到15mirTl80min，同時蒸煮化學藥品量降低2%~5%，有效減少了環境汙染，製備的未漂漿具有較高的白度和良好的強度性能；
(3)本發明在進行氧鹼製漿前，首先用木聚糖酶進行預處理，可以改善原料的製漿性質，還可以使原料便得疏鬆多孔，利於後續化學藥品的滲透和蒸煮過程中木素降解產物的溶出，同時有利於後續氧鹼製漿中鹼耗的降低；
(4)本發明酶預處理液可以回用，酶預處理液中積累的低聚糖可進行醇沉法回收。
【具體實施方式】
[0009]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護範圍不局限於所述內容。
[0010]實施例1
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:3的比例將麥草與水混合均勻，用濃度為3.0mol/L的稀鹽酸調節pH值，使pH值為5.0，然後加入木聚糖酶在20°C下反應280min，過濾後得到預處理麥草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料5IU木聚糖酶；
(2)將預處理後的麥草纖維原料進行3段逆流洗滌後脫水，最後一段採用清水洗滌，洗滌脫水後的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水後的麥草纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa，將溫度升高到79°C，升溫時間為lOOmin，保溫時間為180min，製漿條件為:製漿條件為=NaOH的用量22%，漿濃8%，MgSO4用量0.1%，Na2SiO3用量1.5% ； (4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮麥草纖維原料進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0011]本實施例製備得到氧鹼漿料質量為:細漿得率48%，卡伯值20，白度53%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低3.1%。
[0012]實施例2
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:8將稻草與水混合均勻，用濃度為1.0mol/L的NaOH溶液調節pH值，使PH值為9.5，然後加入木聚糖酶在55°C下反應30min，過濾後得到預處理稻草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料用IOIU木聚糖酶；
(2)將預處理後的稻草纖維原料進行脫水；
(3 )將脫水後的蔗渣放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.6MPa，將溫度升高到110°C，升溫時間為90min，保溫時間為30min，製漿條件為:NaOH 的用量 24%，漿濃 15%，MgSO4 用量 1.5% ;
(4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮稻草纖維原料進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0013]本實施例製備得到的氧鹼漿料質量為:細漿得率52%，卡伯值16，白度56%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低3.9%。
[0014]實施例3
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:4將蔗渣與水混合均勻，用0.0lmol/L濃度的稀硫酸調節pH值，使pH值為6.0，然後加入木聚糖酶在55°C下反應15min，過濾後得到預處理蔗渣纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料用15IU木聚糖酶；
(2)將預處理後的蔗渣纖維原料進行2段逆流洗滌後脫水，最後一段採用清水洗滌，洗滌脫水後的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水後的蔗渣纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.5MPa，將溫度升高到95°C，升溫時間為40min，保溫時間為60min，製漿條件為=NaOH的用量23%，漿濃10%, MgSO4用量0.3%，Na2SiO3用量1.2% ；
(4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出
隹
口 o
[0015]本實施例製備得到的氧鹼漿料質量為:細漿得率60%，卡伯值14，白度65%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低4.9%。
[0016]實施例4
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(I)按液比為1:5將除髓後蔗渣與水混合均勻，用1.75mol/L濃度稀Na2CO3溶液調節pH值，使pH值為7.0，然後加入木聚糖酶在30°C下反應200min，過濾後得到預處理蔗渣纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料用20IU木聚糖酶； (2)將預處理後的蔗渣纖維原料進行脫水；
(3)將脫水後的蔗渣纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.5MPa，將溫度升高到90°C，升溫時間為65min，保溫時間為80min，製漿條件為=NaOH的用量24%，漿濃12%，MgSO4用量0.6%，Na2SiO3用量1.0% ；
(4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣纖維原料進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0017]本實施例製備得到的氧鹼漿料質量為:細漿得率65%，卡伯值15，白度62%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低3.6%。
[0018]實施例5
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:6將龍鬚草與水混合均勻，用0.75mol/L濃度的稀Mg (OH)2調節pH值，使PH值為8.0，然後加入木聚糖酶在35°C下反應180min，過濾後得到預處理龍鬚草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料用25IU木聚糖酶；
(2)將預處理後的龍鬚草纖維原料進行I段洗滌後脫水；
(3)將脫水後的龍鬚草纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.45MPa，將溫度升高到108°C，升溫時間為90min，保溫時間為120min，製漿條件為=NaOH的用量25%，漿濃13%，MgSO4用量0.9%，Na2SiO3用量0.8% ；
(4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮龍鬚草纖維原料進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0019]本實施例製備得到的氧鹼漿料質量為:細漿得率45%，卡伯值16，白度50%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低2.9%。
[0020]實施例6
本實施例所述木聚糖酶預處理提高氧鹼法製漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:7將除髓後蔗渣原料與水混合均勻，用2.0mol/L濃度稀NaOH調節pH值，使pH值為9.0，然後加入木聚糖酶在40°C下反應35min，過濾後得到預處理蔗渣原料，木聚糖酶的用量為每克絕幹原料用30IU木聚糖酶；
(2)將預處理後的蔗渣原料進行3段逆流洗滌後脫水，最後一段採用清水洗滌，洗滌脫水後的液體送入上一洗滌；
(3 )將脫水後的蔗渣放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.55MPa，將溫度升高到100°C，升溫時間為50min，保溫時間為150min，製漿條件為:NaOH 的用量 26%，漿濃 14%，MgSO4 用量 1.2%，Na2SiO3 用量 0.2% ；
(4)對步驟(3)得到的氧鹼漿料實施噴放處理，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出
隹
口 o
[0021]本實施例製備得到的氧鹼漿料質量為:細漿得率58.5%，卡伯值12，白度65%IS0，較預處理採用清水比較，製漿過程中實際鹼消耗量降低4.5%。
【權利要求】
1.一種木聚糖酶預處理提高氧鹼製漿效果的方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)將纖維原料與水混合均勻，液比為1:3~1:8，用濃度為0.01moL/LlmoL/L稀鹼或稀酸調節pH值，使pH值為5.0~9.5，然後加入木聚糖酶在201:~551:下反應15111111~280111111，過濾後得到預處理纖維原料； (2)將預處理後的纖維原料進行脫水或進行2~3段逆流洗滌後脫水，最後一段採用清水洗滌，洗滌脫水後的液體送入上一洗滌； (3)將脫水或洗滌脫水後的纖維原料放入蒸煮設備進行氧鹼製漿，在室溫下往蒸煮設備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa^0.6MPa，將溫度升高到79 °C~11 (TC，升溫時間為30mirTl00min，保溫時間為3(Tl80min，製漿條件為:NaOH的用量20%~28%，漿濃8%~15%，MgSO4 用量 0.1%~1.5%, Na2SiO3 用量 0.0%~1.5% ； (4)蒸煮結束後，實施漿料的噴放，依傳統工藝路線進行洗、選、篩，提取的黑液進入鹼回收系統，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
2.根據權利要求1所述木聚糖酶預處理提高氧鹼製漿效果的方法，其特徵在於:每克絕幹原料中加入5IU-30IU木聚糖酶。
3.根據權利要求1所述木聚糖酶預處理提高氧鹼製漿效果的方法，其特徵在於:纖維原料為非木材纖維原料。
【文檔編號】D21C1/00GK103526623SQ201310526457
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】孫兵, 包麗, 劉玉新 申請人:昆明理工大學