一種纖維素粉助濾劑的製備方法
2023-12-12 12:28:07
專利名稱：一種纖維素粉助濾劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維素粉助濾劑的製備方法。準確來說，就是製備高滲透性、纖維表面ζ一電位可調、食品添加劑規格的纖維素粉助濾劑。
以往過濾生產工藝中，使用少量石棉纖維摻和的濾棉、濾紙(板)或其它助濾劑，如硅藻土、珍珠巖等等。利用石棉纖維的纖維性和在水中呈正ζ一電位的特點，提高濾速和濾液澄清度。自1964年發現石棉粉塵危害人體健康以來，人們逐漸對石棉或含石棉纖維過濾材料，產生排斥心理。纖維素纖維本質上對人體無害，雖在水中呈負ζ一電位，但可採用各種方法改變纖維形態和表面ζ一電位，因而逐漸取代石棉，用來製作無石棉的濾紙(板)或複合助濾劑，廣泛使用在啤酒、飲料、藥液、油脂、油漆、水質處理等行業的過濾場合。
已公開的纖維素粉製備方法專利很多，發明點主要集中在纖維素預處理和磨碎工藝。預處理包括酸解、鹼解、酶解或溶劑處理等等方法(參見SU800267、JP63297401和SU1648952等等)。磨碎方法有球磨、錘磨、振動磨、衝擊磨、氣流粉碎等等(參見GB1514788、EP49815、US2709045等等)。改變預處理和磨碎方法的目的，不外考慮控制細粉的聚合度、粒徑分布、顆粒形狀或灰分等等。不過，這些專利方法似乎均未考慮纖維素粉中纖維的表面ζ一電位改變問題。
另一方面，在造紙過程中，採用添加無機鹽和高分子聚電解質，調節纖維和填料粒子表面ζ一電位，改善產品質量和工藝特點，似乎已是一種常識。不過，改性引起纖維表面無機物和有機物附著，增加灰分，對造紙來說是不必考慮的。而對用於食品或藥液過濾的助濾劑，低灰分和水溶物，無毒，卻是最基本的要求。
田中辰雄和慄坂修(JP83009700)公開的吸附性纖維素過濾助劑製備方法，用3％(對漿板)聚醯胺表氯醇和0．3％(對漿板)聚丙烯醯胺，處理纖維素纖維，調節表面ζ一電位後，抄成濾紙進行過濾試驗，其濾液澄清度與石棉濾紙相當。可惜，由於聚電解質不僅價格昂貴而且殘留少量有毒單體，用量太高，就限制了成品的實用範圍。
劉英傑(CN94106482．4)公開的木質纖維素製造方法，直接破碎漿板，添加工藝助劑，乾燥後精磨製粉。雖然方法簡單，製造成本低，但纖維表面電位無法調節，漂白木漿殘留的有害物無法降低，而且加入的澱粉和植物油等工藝助劑，限制了產品應用範圍。
本發明的目的，在於給出一種克服已有技術不足的纖維素粉製備方法，使其不僅具有較高的滲透率和纖維素表面ζ一電位可調的特點，而且其理化指標接近或達到FCC級(Food Chemicals Codex Grade)，即食品添加劑規格。
本發明提出的纖維素粉製備步驟，依次包括原料準備、打漿、添加攪拌、脫水、乾燥、磨粉、篩分等等，分述如下1．原料準備漿板撕成10×10mm以下的碎片。蒸餾水或自來水均可用作製備用水。若自來水含色鏽濁物或固體雜質，應經濾紙過濾後使用。
2．打漿用普通市售食物加工機的攪拌裝置或實驗室攪拌器，把漿板和水混合物，攪拌打成均勻的紙漿懸浮物。漿液加熱升溫，可加快打漿速度。
3．添加攪拌把無機鹽和高分子聚電解質添加劑，按順序添加到紙漿懸浮液中，調PH，攪拌一定時間。
4．脫水在布氏漏鬥中鋪濾布，過濾紙漿懸浮液，必要時濾餅可用定量水洗滌，棄去濾液。為了加快過濾速度，可用抽濾瓶抽濾或手工壓榨濾餅。也可採用小型板框過濾機、離心過濾機、真空過濾機等過濾。
5．乾燥把濾餅撕成了3-5mm以下小碎粒，置於表面皿中，放入電熱恆溫乾燥箱或紅外乾燥箱或小型氣流烘乾機或振動烘乾機或流化床烘乾機等等烘乾設備中烘乾。
6．磨粉把乾燥的漿料，放入球磨機或振動磨機或錘磨機或萬能粉碎機等磨粉設備中磨成細粉。
7．篩分可採用旋振篩或平面往復振蕩機驅動，把纖維素粉放入孔徑180μm和127μm兩層標準篩組合篩中篩分。180μm篩上樣(以下稱上樣)可返回重磨，180-127μm篩中間樣(以下稱中樣)和127μm篩下樣(以下稱下樣)分別稱重後可裝樣品袋(瓶)，即為成品。旋振篩，合格篩分時間20分鐘；平面往復振蕩機，振蕩頻率275次／分，合格篩分時間5分鐘。
本發明的主要技術特徵如下a．漿板原則上漂白木漿均可選用。本發明採用商品BK漿板，其質量指標須達到GB13506的要求。
b．打漿打漿濃度一般為2-8％(wt)，最佳為4-6％(wt)；叩解度(打漿度)一般為14-28°SR，最佳為18-22°SR；可加熱升溫，但漿液溫度不得高於55℃。
c．添加劑由下述三類物質組成(1)一種或數種水溶性無機鹽；(2)一種高分子聚電解質；(3)PH調節劑。
水溶性無機鹽，一般可用通式MxAy表示。式中，M選自H+、NH4+、Na+、K+、Ca2+、Al3+，x=1-5；A選自Cl-、HCO3-、CH3COO-、SO42-、PO43-、P3O105-，y=1-3；添加量為0．2-15g／kg漿板，最佳為1-6g／kg漿板。
高分子聚電解質，選自陽離子、非離子、陰離子聚丙烯醯胺，分子量範圍為1×106～1×107單位；添加量一般為0．05-2g／kg漿板，最佳為0．1-1．0g／kg漿板。
PH調節劑，可採用除HNO3等有毒有害物質外的普通酸鹼化合物，調整紙漿懸浮液PH值在5．0-7．0範圍內。
d．添加攪拌紙漿懸浮液濃度一般為1-5％(wt)，最佳為2-3．5％(wt)，攪拌時間一般為5-60分鐘，最佳為10-30分鐘；攪拌強度以紙漿不沉積於容器底部為佳。
e．乾燥本發明採用電熱恆溫乾燥箱，烘乾溫度一般為60-100℃，最佳為75-85℃；烘乾時間為10-24小時，以12-16小時為佳，以確保成品的乾燥失重在2-7％範圍內。
f．磨粉本發明採用小型不鏽鋼振動磨機，磨腔尺寸為內徑Φ108，長400mm；不鏽鋼介質棒尺寸為直徑Φ10-Φ20，長375mm；振動頻率為923次／分。磨腔內可裝填不同直徑和數量的介質棒，以便調節纖維素粉的粒徑分布。
纖維素粉的助濾性能指標，可用滲透率、堆密度，不可壓縮性來代表。其達到食品添加劑規格，還須用FCCⅢ-81規定的碳水化合物含量、乾燥失重、灰份、氯化物、全硫、水溶物、砷、鉛、PH值等九項指標檢驗合格。
樣品的灰份、乾燥失重、氯化物、全硫、水溶物等主要理化指標，用FCC Ⅲ-81的相應規定方法測試。樣品的堆密度，可用量筒法直接測定。
樣品的滲透率和不可壓縮性，可用真空過濾試驗裝置測定。
真空過濾試驗裝置的原理圖如附圖
所示。測定的基本步驟是(1)在大燒杯1中加入2000ml水和5克樣品，打開攬拌器2；(2)抽濾頭3(內徑φ25，高30mm)鋪上小濾布，關濾液瓶4(容積刻度0-1100ml，每格50ml)排液閥5，空氣洩入口7換上粗孔玻璃毛細管段(孔徑約為1．5mm)，打開真空系統8；(3)用軟皮管連接抽濾頭，把抽濾頭放入懸浮液同時打開秒表計時，記錄濾液累積量V增加50ml對應的過濾時間t；觀察真空表6，若真空度穩定在0．8-1．2KPa範圍內，記下真空表示數；(4)記完V=1000ml對應的過濾時間t1000後，斷開軟皮管接頭，濾餅放回大燒杯中，小心取出濾布備用；關真空系統，打開排液閥，用小燒杯接濾液並倒回大燒杯1中；空氣洩入口7換上細孔毛細管段(孔徑約為0．5mm)，打開真空系統；(5)攪拌均勻，用溫度計測量懸浮液溫度後，抽濾頭鋪上濾布，重複操作步驟(3)；這時，真空度應穩定在3．5-4．0KPa；(6)記完V=1000ml對應過濾時間t＇1000後，斷開皮管接頭，關真空系統，開排液閥，用小燒杯接濾液並清洗抽濾頭，匯入大燒杯，倒掉，結束試驗。
(7)根據公式t=CV2(S+1)20K0A2Ps+1]]>用最小二乘法擬合V～t曲線，求得樣品的滲透率K0和不可壓縮性(S+l)。
本發明與現有技術相比，具有以下顯著優點A．本發明製備的纖維素粉，與用公開專利(CN94106482．4)技術製造的市售木質纖維素相比，在同等粒徑分布和測試條件下，滲透率前者為後者的1．5～4．5倍。在實際應用中，可以更顯著地節省過濾時間，降低過濾阻力，提高過濾效率。
B．本發明製備的纖維素粉，與用公開專利(CN94106482．4)技術製造的市售木質纖維素相比，用FCC Ⅲ-81規定方法檢測，有害物如灰分、氯化物、砷、鉛等的含量明顯降低，更接近或達到FCC Ⅲ-81的相應指標。因而在國內，除可應用在石油、化工、環保等一般場合外，還可放心應用於啤酒、飲料、油脂、製糖、水質處理等食品、醫藥高要求行業。由於FCC級是國際通行標準，因而為產品出口準備好了通行證。
C．本發明製備的纖維素粉，通過改變添加劑品種和添加量，就可以調節纖維素表面的ζ一電位。因而可以根據各種實際過濾對象和要求，調整配方，製備不同表面ζ一電位的纖維素粉。在實際應用中，利用靜電吸附作用，提高過濾效率，協助用戶提高產品質量。
下面列舉的實例，僅用來說明本發明使用的添加劑組成，製備過程和樣品測試結果，但並不限定本發明有更好的添加劑組成和製備工藝。
例1稱取80克漿板，加入1600ml水，浸泡18小時(常溫)，分兩次打漿，各打漿3分鐘，打漿度為20°SR，再加1000ml水，匯入3L燒杯，開攪拌，加入NaCl 1．0克、Al2(SO4)3·18H2O1．0克和預先配製的1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量3×106單位)120ml，用NH4OH調紙漿懸浮液PH=6．7，計時攪拌30分鐘，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度60℃，烘乾時間22．5小時。乾料從烘箱中取出，放入振動磨機中，磨腔內有直徑Φ10介質棒40根。採用「磨15分鐘一篩分稱重一上樣磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨3分鐘一篩分稱重」磨篩工藝，製得上樣6．7克，中樣36．2克，下樣28．5克。
為了對照，取市售梅河口產木質纖維素助濾劑篩分樣品為對照樣。中樣進行真空過濾試驗，餘樣進行FCC理化指標分析。測試結果如表一所示。
表一 例1樣品與對照樣測試結果
例2稱取40克漿板，加800ml水，打漿7．5分鐘，打漿度22°SR，轉入1L燒杯，開攬拌器，加入事先分別溶解於水的AlCl3·6H2O0．2克，KH2PO40．2克和NaHCO30．2克，溶解用水量200ml，再加入事先配製的1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量8×106單位)20ml，懸浮液PH值為6．4，計時攪拌10分鐘，靜置20分鐘後，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度60℃，烘乾時間16小時。乾料從烘箱中取出，放入振動磨機中，磨腔內有直徑Φ17介質棒12根，磨篩工藝為「磨3分種一篩分稱重一上樣磨1分鐘一篩分稱重」，製得上樣27．8克，中樣7．6克，下樣1．6克。取中樣做真空過濾試驗，其餘樣品混合做關鍵理化指標測試。分析結果見表二。
表二 例2樣分析結果
例3稱取120克漿板，加入2400ml水，分三次打漿，各打漿3分鐘，打漿度16°SR，匯入5L燒杯，開攪拌，依次加入KH2PO40．3克，Al2(SO4)3·18H2O0．3克，Ca(CH3COO)20．6克，再加入2100ml水和事先配製的1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量8×106單位)60ml，計時攪拌，測懸浮液PH=6．2-6．4，攪拌10分鐘後，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度80℃，烘乾時間18小時。乾料放入振動磨機中，磨腔內有直徑Φ20介質棒10根。磨篩工藝為「磨4分鐘一篩分稱重一上樣磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨6分鐘一篩分稱重一上樣磨10分鐘一篩分稱重一上樣磨10分鐘一篩分稱重」。共製得上樣5．3克，中樣34．1克，下樣75．9克。中樣進行真空過濾試驗，下樣進行理化指標測試，樣品測試結果如表三所示。
表三 例3樣品測試結果
例4原料和製備細節均同例3，僅把添加劑非離子聚丙烯醯胺換成陽離子聚丙烯醯胺(分子量5×106單位)，用量為1‰(wt)溶液10ml，其它添加劑不變，其製得上樣4．3克，中樣40．5大多，下樣70．5克。中樣進行真空過濾試驗，下樣進行理化指標測試，樣品測試結果如表四所示。
表四 例4樣品測試結果
例5稱取40克漿板，加800ml水，加熱升溫，在40-50℃下保持15分鐘後，打漿30秒，打漿度14°SR，轉入1L燒杯，開攪拌，依次加入水溶(NH4)2SO40．4克、AlCl3·6H2O0．2克、NaH2PO40．2克和NaCl0．2克，溶解水用量200ml，攪拌7分鐘後，加10滴氨水，調懸浮液PH=5．4，再加入事先配製1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量3×106單位)40ml，再攪拌5分鐘後，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度60℃，烘乾時間21小時。乾料放入振動磨機中，磨腔內有Φ17介質棒12根。磨篩工藝為「磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨1．5分鐘一篩分稱重一上樣再篩分稱重」，製得上樣26．6克，中樣8．9克，下樣0．7克。中樣做真空過濾試驗，上樣做理化測試。測試結果如表五所示。
表五 例5樣品測試結果
例6稱取40克漿板，加800ml水，打漿7．5分鐘，打漿度22°SR，轉入1L燒杯，開攪拌，加入事先分別溶解於水的KAl(SO4)2·12H2O0．2克，KH2PO40．25克和CaCl20．28克，溶解水量為200ml，再加事先配製1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量8×106單位)20ml，加氨水調懸浮液PH=6．0，計時攪拌10分鐘後，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度60℃，烘乾時間16小時。乾料放入振動磨機中，磨腔內有直徑Φ17介質棒12根。磨篩工藝為「磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨1分鐘一篩分稱重」，製得上樣28．2克，中樣7．4克，下樣1．2克。中樣做真空過濾試驗，上樣做理化測試。樣品測試結果如表六所示。
表六 例6樣品測試結果
例7稱取40克漿板，加800ml水，打漿1分鐘，打漿度26°SR，轉入1L燒杯，加入200ml水溶Na5P3O100．2克，再加入事先配製1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量8×106單位)20ml，攪拌10分鐘，紙漿懸浮液PH=6．4，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度80℃，烘乾時間14小時。乾料放入振動磨機中，磨腔內有直徑Φ20介質棒10根，磨篩工藝為「磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨3分鐘一篩分稱重一上樣磨3分鐘一篩分稱重」，製得上樣3．4克，中樣12．8克，下樣20．8克。中樣做真空過濾試驗，下樣做理化指標分析。樣品測試結果如表七所示。
表七 例7樣品測試結果
例8稱取40克漿板，加800ml水，打漿3分鐘，打漿度16°SR，轉入2L燒杯，加入400ml水分別溶解Na2HPO40．1克，Ca(CH3COO)20．1克，AlNH4(SO4)2·12H2O0．1克，再加入事先配製1‰(wt)非離子聚丙烯醯胺(分子量8×106單位)20ml，攪拌10分鐘，測紙漿懸浮液PH值為6．4，脫水，濾餅撕碎，放入電熱恆溫乾燥箱中乾燥，烘乾溫度80℃，烘乾時間14小時。乾料放入振動磨機中，磨粉條件和磨篩工藝與例7相同，製得上樣8．2克，中樣9．7克，下樣19．4克。中樣做真空過濾試驗，下樣做理化指標分析。樣品測試結果如表八所示。
表八 例8樣品測試結果
如上所述的本發明的各實施例，也可採用實施者認為方便的質量單位及相關的其它單位。關鍵是物料之間的相互關係和製作工藝過程符合發明條件。
權利要求
1．一種纖維素粉助濾劑的製備方法，依次包括原料準備、打漿、添加攪拌、脫水、乾燥、磨粉、篩分等步驟，其特徵在於(1)將漿板撕成10×10mm以下碎片；(2)用漿板和水混合，攪拌打漿成均勻的紙漿懸浮物，打漿濃度2-8％(wt)，打漿度為14-28°SR；(3)添加劑由一種或數種水溶性無機鹽、一種高分子聚電解質、PH調節劑組成，水溶性無機鹽用通式MxAy表示，其中M選自H+、NH4+、Na+、K+、Ca2+、Al3+，x=1-5；A選自Cl-、HCO3-、CH3COO-、SO42、PO43-、P3O105-，y=1-3，添加量為0．2-15g／kg漿板；高分子聚電解質為聚丙烯醯胺，分子量1×106～1×107，添加量為0．05-2g／kg漿板；PH調節劑，可採用除HNO3等有毒有害物質外的普通酸鹼化合物，調整紙漿懸浮液PH為5．0-7．0；(4)添加攪拌時紙漿懸浮液濃度為1-5％(wt)，攪拌時間為5～60分鐘；(5)乾燥溫度為60-100℃，烘乾時間為10-24小時，以確保樣品乾燥失重為2-7％(wt)。
2．如權利要求1所說的方法，其特徵在於打漿濃度為4-6％(wt)。
3．如權利要求1所說的方法，其特徵在於打漿度為18-22°SR。
4．如權利要求1所說的方法，其特徵在於打漿時可加熱升溫，但漿液溫度不高於55℃。
5．如權利要求1所說的方法，其特徵在於水溶性無機鹽添加量為1-6g／kg漿板。
6．如權利要求1所說的方法，其特徵在於聚丙烯醯胺添加量為0．1-1．0g／kg漿板。
7．如權利要求1所說的方法，其特徵在於添加攪拌時紙漿懸浮液濃度為2～3．5％(wt)。
8．如權利要求1所說的方法，其特徵在於添加攪拌時攪拌時間為10-30分鐘。
9．如權利要求1所說的方法其特徵在於乾燥時烘乾溫度為75-85℃。
全文摘要
一種纖維素粉助濾劑的製備方法,依次包括原料準備、打漿、添加攪拌、脫水、乾燥、磨粉、篩分等步驟,添加劑由以下三類物質組成:(1)用量0.2—15k/kg漿板的一種或數種水溶性無機鹽;(2)用量0.05—2g/kg漿板的一種聚丙烯醯胺;(3)pH調節劑。本發明製得的纖維素粉助濾劑,不僅滲透率為市售木質纖維素的1.5—4.5倍,而且有害物質含量低,接近或達到FCC標準,同時纖維表面的ζ—電位可調,可廣泛應用於啤酒、飲料、油脂、製糖、水質處理、石油、化工、環保等行業的過濾過程。
文檔編號B01D37/02GK1205908SQ9611348
公開日1999年1月27日 申請日期1996年12月29日 優先權日1996年12月29日
發明者陳革新, 劉俊聲, 蘭人傑, 陳獻誠, 楊鳳琨 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所