CN102182094B - 一种沙柳硫酸盐浆漂白工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纸浆漂白工艺技术领域一种沙柳硫酸盐浆漂白工艺。采用以下步骤：将蒸煮洗涤后浆料，在48-50℃、pH6.5-7下进行AU系列木聚糖酶预处理；洗涤，进行二氧化氯漂白；洗涤，在50-55℃、pH值5.5-6.5下进行纤维素酶处理；洗涤，进行过氧化氢漂白，洗涤得到高白度高强度沙柳漂白硫酸盐浆。本发明在短程序漂白工艺条件下，改善纸浆漂白性能，提高纸浆漂白得率和纸浆强度性能，减少漂白化学药剂用量，减轻对环境的污染，提高速生灌木沙柳硫酸盐浆的利用价值，扩大沙柳硫酸盐浆的应用范围，可以解决阻碍我国造纸工业发展的资源和环境的问题。
Description
技术领域
本发明涉及纸浆漂白工艺技术领域，特别涉及一种沙柳硫酸盐浆生物酶辅助漂白工艺。
背景技术
我国木材资源严重匮乏，利用草类纤维制浆造纸占了很大比重。与木浆相比，草浆滤水性差、成纸脆性大、易透明、强度差，故草浆只能用于生产中低档纸种，生产中高档纸种时必须配用部分木浆或全部采用木浆，而木浆主要依赖进口。为解决造纸工业存在的资源与环境等问题，我国造纸业正在将纤维原料结构逐步调整到以木为主。一方面通过实施林纸一体化工程，加速造纸林基地的发展，另一方面造纸工作者积极开发新的造纸原料。沙柳是我国防风固沙的优质沙生灌木，它具有耐旱、耐寒、耐高温、耐沙埋、抗风蚀、易繁殖、速生等特性，2~3 年可生长3~5 m，每3~4年必须平茬一次，否则会自然衰败而枯死。三北防护林工程延绵2000多公里，资源丰富，易于集中开采。过去，平茬下来的沙柳枝条除了挑选少部分用作饲料和编织外，主要作为薪材被烧掉，造成资源严重浪费。近年来，沙柳作为一种新型造纸原材料开始进行研究。研究证明，沙柳是较好的造纸原料，可用来生产箱板纸等低档产品。但沙柳硫酸盐浆存在漂白性能差和强度性能指标低的弊端，严重影响了沙柳硫酸盐浆在高档产品中的应用。
生物漂白和无氯漂白是目前减少和防止纸浆漂白过程对环境污染的有效方法。木聚糖酶是一种作用明显、生产成本低、适应性强的半纤维素酶，它对木聚糖的催化降解具有高效性和专一性。研究表明，在纸浆漂白过程中用木聚糖酶进行处理，可有效提高纸浆白度，改善纸浆性能，降低漂白工段的有效氯用量，降低漂白废液中有害成分的含量，能有效减轻造纸工业对环境的污染。纤维素酶可与纸浆纤维相互作用，改善纤维的表面性能，提高纤维的柔韧性，避免纤维在制浆过程造纸过程中因机械作用而造成纤维的过度切断和碎解，从以提高纸浆的强度性能。况且纸浆的漂白工艺技术在制浆造纸生产过程中占有重要地位，与纸浆和成纸的质量、物料和能量消耗及对环境的影响有密切的关系。因此研究探索高白度、高强度、低污染的纸浆漂白工艺，可以提高沙柳硫酸盐浆的质量，扩大沙柳硫酸盐浆的应用范围，提高沙柳的利用率，降低对环境的污染，这对于合理有效利用农林废物，解决我国造纸工业原料短缺问题，推进林纸一体化工程和我国造纸工业的可持续发展具有重要意义。
发明内容
为了改善沙柳硫酸盐浆的漂白性能、提高纸浆强度和降低漂白污染负荷，本发明采用酶预处理技术，通过酶与纤维之间的相互作用，使纤维结构疏松，漂白药剂易于浸渍渗透，有利于木素的降解溶出，提高漂白效率，提高纸浆的白度；同时酶处理可以改善浆料纤维的表面性能，增加纤维的柔韧性，避免后续打浆或磨浆过程中纤维的过度切断，以提高纸浆的强度性能，从而达到改善沙柳硫酸盐浆漂白性能、提高纸浆强度和降低漂白污染负荷的清洁生产目的。
本技术在漂白过程中采用木聚糖酶和纤维素酶处理技术、以二氧化氯和过氧化氢为漂白药剂进行沙柳无元素氯（ECF）漂白浆的生产，从而改善沙柳硫酸盐浆的漂白性能，提高纸浆的白度和强度性能，扩大沙柳硫酸盐浆的应用范围，降低漂白过程中的污染负荷。
本发明是通过以下措施实现的：
一种沙柳硫酸盐浆漂白工艺，采用以下步骤：
（1）将经过硫酸盐法蒸煮洗涤后的沙柳浆料，在48-50℃、pH值为6.5-7的条件下进行AU系列木聚糖酶预处理；
（2）洗涤浆料，进行二氧化氯漂白；
（3）洗涤浆料，在50-55℃、pH值为5.5-6.5的条件下进行纤维素酶处理；
（4）洗涤浆料，进行过氧化氢漂白，洗涤，得最终漂白浆料。
步骤（1）中木聚糖酶预处理时优选浆浓为10wt %，优选酶用量10-12IU/g绝干浆，处理时间优选为60min。
步骤（3）中纤维素酶处理优选浆浓为10wt%，优选酶用量4-6IU/g绝干浆，处理时间优选为60min。
步骤（2）中二氧化氯漂白时优选浆浓为8 wt %，二氧化氯用量占绝干浆的0.8-1.2 wt %，初始pH值3-5，温度70-80℃，漂白时间150 min，终点pH值5-6。
步骤（4）中过氧化氢漂白段优选浆浓10wt%，过氧化氢用量占绝干浆的2.0-3.0 wt %，MgSO4用量占绝干浆的0.5 wt %，NaSiO3用量占绝干浆的1.5 wt %，乙二胺四乙酸用量占绝干浆的0.5 wt %，初始pH值10-11，温度70-80℃，漂白时间为120 min。
步骤（1）中硫酸盐法蒸煮洗涤后沙柳浆料的性能指标为卡伯值18-20，白度29-31%ISO。
根据最终浆料白度需求，二氧化氯和过氧化氢用量可以进行调节。
沙柳经蒸煮洗涤后进入漂白工序。常规漂白技术以氯气、氢氧化钠和次氯酸盐为漂白药剂进行CEH三段漂白，或者直接用二氧化氯和过氧化氢进行DP两段漂白。本发明中，将蒸煮洗涤后沙柳浆料进行第一段酶预处理，酶处理浆料经过洗涤后进行二氧化氯漂白，漂白后浆料进行洗涤后再进行第二段酶预处理，第二段酶预处理后浆料用过氧化氢、硫酸镁、硅酸钠和乙二胺四乙酸（EDTA）的溶液漂白，漂白后浆料进行洗涤得到最终漂白浆料用于打浆抄纸工序。
常规CEH漂白程序为含氯漂白，特别是C段（氯化段）会产生大量氯化有机物，对环境造成了严重污染，再则次氯酸盐漂白为非选择性漂白，漂白过程中脱除木素的同时，也降解纤维素，因此漂白纸浆强度较低；本发明采用无元素氯漂白药剂二氧化氯和过氧化氢进行漂白，降低了漂白废水对环境的污染，漂白废水易于处理后回用或达标排放，而且漂白纸浆具有高白度和高强度的性能。
常规DP漂白程序中为了提高纸浆白度，漂白过程中二氧化氯和过氧化氢用量较高，漂白纸浆生产成本较高。本发明通过木聚糖酶对蒸煮洗涤后浆料进行处理，降解部分纤维表面的半纤维素，使纤维结构疏松，漂白药剂易于浸渍渗透，有利于木素的降解溶出，提高纸浆的白度，降低后续漂白化学药剂的用量，提高漂白效率，降低纸浆生产成本；通过纤维素酶对浆料进行处理，使酶与纤维之间产生相互作用，改善浆料纤维的表面性能，提高纤维与漂白剂的反应性能，同时增加纤维的柔韧性，避免后续打浆工段因机械作用产生纤维的过度切断和碎解，从而改善纸浆的强度性能，提高纸浆得率。
本发明的有益效果是：
（1）采用无元素氯漂白药剂二氧化氯和过氧化氢进行漂白，降低了漂白废水对环境的污染，漂白废水易于处理后回用或达标排放，而且漂白纸浆具有高白度和高强度的性能；
（2）通过木聚糖酶对蒸煮洗涤后浆料进行处理，降解部分纤维表面的半纤维素，使纤维结构疏松，漂白药剂易于浸渍渗透，有利于木素的降解溶出，提高纸浆的白度，降低后续漂白化学药剂的用量，提高漂白效率，降低纸浆生产成本；
（3）通过纤维素酶与纤维之间的相互作用，改善浆料纤维的表面性能，提高纤维与漂白剂的反应性能，纸浆的漂白性能得以改善，同时酶处理后纤维的柔韧性能明显增加，可以避免后续打浆工段因机械作用产生纤维的过度切断和碎解，从而改善纸浆的强度性能，提高纸浆得率；
（4）本发明提高了速生灌木沙柳硫酸盐浆的利用价值，扩大了沙柳硫酸盐浆的应用范围，可以解决阻碍我国造纸工业发展的资源和环境的问题。
具体实施方式
以下实施例中，除有特别说明的外，其他所有百分比均为质量百分比。
实施例1：
三年生沙柳木片经过硫酸法蒸煮洗涤后纸浆的性能为卡伯值19.8，白度29.8%ISO，然后按以下步骤漂白：
1. 木聚糖酶预处理，浆浓10 %，所用酶为木聚糖酶AU-PE89，预处理条件为：温度48-50℃，时间60min，pH值6.5-7，酶用量10IU/g绝干浆，；
2.将上述步骤1预处理过的浆料进行洗涤，然后进行二氧化氯漂白，浆浓为8%，相对于绝干浆的质量，二氧化氯的用量及工艺条件为：ClO2 0.8%，初始pH值3-5，温度70-80℃，时间150 min，终点pH值5-6；
3.将步骤2漂白后的浆料进行第二段酶处理，浆浓10%，所用酶为纤维素酶，处理条件为：温度50-55℃，时间60min，pH值5.5-6.5，酶用量4IU/g绝干浆；
4.将步骤3处理过的浆料进行洗涤，然后再进行过氧化氢漂白，浆浓10%，相对于绝干浆的质量，漂白液中各化学成分的用量及工艺条件为：H2O2 2.0%，MgSO4 0.5%，NaSiO3 1.5%，EDTA 0.5%，初始pH值10-11，温度70-80℃，时间120 min，；将漂白后的浆料进行洗涤，得到最终沙柳漂白浆料。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳漂白硫酸盐浆白度75.1%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的采用常规漂白工艺相比，纸浆白度提高5.9%，纸浆得率提高5.1%，纸浆抗张指数提高15.1%，撕裂指数提高13.1%，耐破指数提高11.3%。
实施例2：
三年生沙柳木片经过硫酸法蒸煮洗涤后纸浆的性能为卡伯值18.9，白度30.3%ISO，然后按以下步骤漂白：
1. 木聚糖酶预处理，浆浓10 %，所用酶为木聚糖酶AU-PE89，预处理条件为：温度48-50℃，时间60min，pH值6.5-7，酶用量11IU/g绝干浆，；
2.将上述步骤1预处理过的浆料进行洗涤，然后进行二氧化氯漂白，浆浓为8%，相对于绝干浆的质量，二氧化氯的用量及工艺条件为：ClO2 1.0%，初始pH值3-5，温度70-80℃，时间150 min，终点pH值5-6；
3.将步骤2漂白后的浆料进行第二段酶处理，浆浓10%，所用酶为纤维素酶，处理条件为：温度50-55℃，时间60min，pH值5.5-6.5，酶用量5IU/g绝干浆；
4.将步骤3处理过的浆料进行洗涤，然后再进行过氧化氢漂白，浆浓10%，相对于绝干浆的质量，漂白液中个化学成分的用量及工艺条件为：H2O2 2.5%，MgSO4 0.5%，NaSiO3 1.5%，EDTA 0.5%，初始pH值10-11，温度70-80℃，时间120 min；将漂白后的浆料进行洗涤，得到最终沙柳漂白浆料。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳漂白硫酸盐浆白度79.1%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的采用常规漂白工艺相比，纸浆白度提高6.9%，纸浆得率提高4.8%，纸浆抗张指数提高16.3%，撕裂指数提高14.2%，耐破指数提高12.6%。
实施例3：
三年生沙柳木片经过硫酸法蒸煮洗涤后纸浆的性能为卡伯值20.2，白度29.1%ISO，然后按以下步骤漂白：
1. 木聚糖酶预处理，所用酶为木聚糖酶AU-PE89，浆浓10 %，预处理条件为：温度48-50℃，时间60min，pH值6.5-7，酶用量12IU/g绝干浆；
2.将上述步骤1预处理过的浆料进行洗涤，然后进行二氧化氯漂白，浆浓为8%，相对于绝干浆的质量，二氧化氯的用量及工艺条件为：ClO2 1.2%，初始pH值3-5，温度70-80℃，时间150 min，终点pH值5-6；
3.将步骤2漂白后的浆料进行第二段酶处理，所用酶为纤维素酶，处理条件为：温度50-55℃，时间60min，pH值5.5-6.5，酶用量6IU/g绝干浆；
4.将步骤3处理过的浆料进行洗涤，然后再进行过氧化氢漂白，浆浓10%，相对于绝干浆的质量，漂白液中各化学成分的用量及工艺条件为：H2O2 3.0%，MgSO4 0.5%，NaSiO3 1.5%，EDTA 0.5%，初始pH值10-11，温度70-80℃，时间120 min；将漂白后的浆料进行洗涤，得到最终沙柳漂白浆料。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳漂白硫酸盐浆白度82.3%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的采用常规漂白工艺相比，纸浆白度提高7.4%，纸浆得率提高4.4%，纸浆抗张指数提高17.2%，撕裂指数提高16.1%，耐破指数提高13.2%。
实施例4：
三年生沙柳木片经过硫酸法蒸煮洗涤后纸浆的性能为卡伯值18.5，白度28.7%ISO，然后按以下步骤漂白：
1. 木聚糖酶预处理，所用酶为木聚糖酶AU-PE89，浆浓10 %，预处理条件为：温度48-50℃，时间60min，pH值6.5-7，酶用量8IU/g绝干浆；
2.将上述步骤1预处理过的浆料进行洗涤，然后进行二氧化氯漂白，浆浓为8%，相对于绝干浆的质量，二氧化氯的用量及工艺条件为：ClO2 0.6%（w/w），初始pH值3-5，温度70-80℃，时间150 min，终点pH值5-6；
3.将步骤2漂白后的浆料进行第二段酶处理，所用酶为纤维素酶，处理条件为：温度50-55℃，时间60min，pH值5.5-6.5，酶用量3IU/g绝干浆；
4.将步骤3处理过的浆料进行洗涤，然后再进行过氧化氢漂白，浆浓10%，相对于绝干浆的质量，漂白液中个化学成分的用量及工艺条件为：H2O2 1.5%，MgSO4 0.5%，NaSiO3 1.5%，EDTA 0.5%，初始pH值10-11，温度70-80℃，时间120 min；将漂白后的浆料进行洗涤，得到最终沙柳漂白浆料。
结果：经过性能检测，上述处理步骤所得沙柳漂白硫酸盐浆白度68.6%ISO，与相同条件下未经过酶预处理的采用常规漂白工艺相比，纸浆白度提高3.8%，纸浆得率提高3.1%，纸浆抗张指数提高8.8%，撕裂指数提高7.9%，耐破指数提高6.2%。
可见，在两段漂白工艺前提下，结合木聚糖酶和纤维素酶处理对沙柳硫酸盐法蒸煮浆料的漂白效果较好，纸浆的白度提高幅度较大，并且纸浆得率提高，抗张指数、撕裂指数、耐破指数等纸浆强度性能指标都有不同程度的提高，可以用于高档纸张的配抄，提高了速生灌木沙柳硫酸盐浆的利用价值，扩大了沙柳硫酸盐浆的应用范围。
Claims (2)
1.一种沙柳硫酸盐浆漂白工艺，其特征是采用以下步骤：
（1）将经过硫酸盐法蒸煮洗涤后的沙柳浆料，在48-50℃、pH值为6.5-7的条件下进行AU系列木聚糖酶预处理；
（2）洗涤浆料，进行二氧化氯漂白；
（3）洗涤浆料，在50-55℃、pH值为5.5-6.5的条件下进行纤维素酶处理；
（4）洗涤浆料，进行过氧化氢漂白，洗涤，得最终漂白浆料；
步骤（1）中木聚糖酶预处理时浆浓为10wt %，酶用量10-12IU/g绝干浆，处理时间为60min；
步骤（3）中纤维素酶处理浆浓为10wt%，酶用量4-6IU/g绝干浆，处理时间为60min；
步骤（2）中二氧化氯漂白时浆浓为8 wt %，二氧化氯用量占绝干浆的0.8-1.2 wt %，初始pH值3-5，温度70-80℃，漂白时间150 min，终点pH值5-6；
步骤（4）中过氧化氢漂白段浆浓10wt%，过氧化氢用量占绝干浆的2.0-3.0 wt %，MgSO4用量占绝干浆的0.5 wt %，NaSiO3用量占绝干浆的1.5 wt %，乙二胺四乙酸用量占绝干浆的0.5 wt %，初始pH值10-11，温度70-80℃，漂白时间为120 min。
2.根据权利要求1所述的沙柳硫酸盐浆漂白工艺，其特征在于步骤（1）中硫酸盐法蒸煮洗涤后沙柳浆料的性能指标为卡伯值18-20，白度29-31%ISO。
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