CN103526623A - 一种木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种木聚糖酶预处理提高氧碱制浆效果的方法，将非木材纤维原料进行木聚糖酶预处理后再进行氧碱制浆，木聚糖酶预处理条件为：液比为1:3~1:8，pH值为5.0~9.5，木聚糖酶的用量为每克绝干原料5IU~30IU木聚糖酶，处理时间为15min~280min，处理温度为20~55℃，处理后的原料经脱水或洗涤脱水后送入蒸煮器，采用氧碱蒸煮方法制备纸浆；在氧碱制浆过程中，在相同条件下用木聚糖酶预处理过的原料与用水预处理后的原料相比较：其细浆得率得率提高1~3个百分点，未漂浆白度提高2%ISO~5%ISO，碱耗降低2%~5%。
Description
技术领域
本发明涉及一种木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，其属于制浆造纸技术领域。
背景技术
近几年，我国制浆造纸行业持续稳定的发展，纸和纸板的产量位居世界第一，但同时也是原料紧缺问题日趋严重，为了缓解我国的造纸原料严重不足现状，尤其是木材原料紧张问题，大力发展非木材纤维原料制浆造纸显得尤为重要，我国为农业大国，年产大量农业固体废弃物，其中麦草、稻草、蔗渣等都是很好的造纸用纤维原料，以蔗渣为例，广西、云南、广东、福建等省是甘蔗的主要产区，作为制糖工业的主要副产品，每生产出1t的蔗糖就会产生约1t的蔗渣，蔗渣作为制糖业的副产物，来源集中，产量大，易于贮存和运输，而蔗渣成分中纤维素为32％～48％、半纤维素19％～24％、木质素23％--32％、灰分约4％，可作为较好的造纸原料，非木材纤维原料常常采用烧碱法、烧碱-蒽醌法生产化学浆，但因其黑液粘度高、有机物含量低、硅含量高、热值低等特点，难以进行有效回收，造成严重的环境污染问题，为此，找到一种适合非木材纤维原料的清洁制浆方法尤为重要。
氧碱制浆所使用的药剂为碱和氧气，可以解决含硫制浆的废气污染问题；氧碱制浆黑液的黏度低，有利于非木材原料的碱回收；氧碱制浆具有制浆和漂白的双重作用，所得纸浆白度高，可以大大降低后续漂白的药品用量，伴随着人们对环境的要求越来越严苛，氧碱制浆这种清洁纸浆制备方法必定成为非木材纤维原料制浆造纸发展的必然趋势。
陈克利、孙兵等人，通过氧碱制浆前的清水、过程废水或微生物处理改善原料特性，通过氧碱制浆过程中蒸煮温度的降低、保护剂的加入提高氧碱制浆效果，但是，氧碱蒸煮过程中碱耗高的问题未考虑和涉及到，而氧碱蒸煮脱木素过程中，碳水化合物的剥皮反应和氧化降解严重，使得氧碱制浆过程中的碱仅有40%-50%用于木素脱除，造成了碱的利用率低、碱耗大大增加的严重问题，有待于进一步解决。
尤纪雪、詹怀宇、陈嘉川、赵健等人的研究表明，利用木聚糖酶处理纸浆，可以降低木聚糖对纸浆纤维化学漂白的影响，从而降低漂白药剂的用量，降低漂白废水污染，以及可以提高纸浆处理的速度，在制浆方面，虽然木聚糖酶预处理可以改善纤维的结构，促进药液渗透的作用，但主要应用于化学机械制浆的预处理中，在化学法制浆中的应用和研究较少，特别是在木聚糖酶预处理对氧碱制浆及其碱耗方面的影响研究未见报道。
本发明采用木聚糖酶预处理非木材纤维原料，解决微生物预处理原料过程中选择性差的问题，使原料中非造纸用碳水化合物选择性溶出，降低氧碱制浆过程中因碳水化合物降解引起的碱耗高的问题，同时达到提高其氧碱制浆的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）将纤维原料与水混合均匀，液比为1:3~1:8，用浓度为0.01moL/L~3moL/L稀碱和稀酸调节pH 值，使pH 值为5.0~9.5，然后加入木聚糖酶在20℃~55℃下反应15min~280min，过滤后得到预处理纤维原料；
（2）将预处理后的纤维原料进行脱水或进行2~3段逆流洗涤后脱水，最后一段采用清水洗涤，洗涤脱水后的液体送入上一洗涤；
（3）将脱水或洗涤脱水后的纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.3MPa~0.6MPa，将温度升高到79℃~110℃，升温时间为30min~100min，保温时间为30~180min，制浆条件为：NaOH的用量20%~28%，浆浓8%~15%，MgSO4用量0.1%~1.5%，Na2SiO3用量0.0%~1.5%；
（4）蒸煮结束后，实施浆料的喷放，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮纤维原料进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本发明所述木聚糖酶用量为每克绝干原料中加入5IU~30IU木聚糖酶；
本发明所述木聚糖酶为市售木聚糖酶；
纤维原料为非木材纤维原料，如麦草、稻草、蔗渣、龙须草等；
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用含纤维素酶（0IU/mL~5IU/m）较低的木聚糖酶，代替直接使用微生物，对原料进行生物预处理，由于酶对底物反应具有专一性、处理过程也比较容易控制、酶液与原料之间也易实现均匀混合，因而保证了生物预处理后原料的质量及其均匀性；
（2）本发明采用木聚糖酶对原料进行预处理后，缩短了生物预处理的时间，从几天缩短到15min~180min，同时蒸煮化学药品量降低2%~5%，有效减少了环境污染，制备的未漂浆具有较高的白度和良好的强度性能；
（3）本发明在进行氧碱制浆前，首先用木聚糖酶进行预处理，可以改善原料的制浆性质，还可以使原料便得疏松多孔，利于后续化学药品的渗透和蒸煮过程中木素降解产物的溶出，同时有利于后续氧碱制浆中碱耗的降低；
（4）本发明酶预处理液可以回用，酶预处理液中积累的低聚糖可进行醇沉法回收。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:3的比例将麦草与水混合均匀，用浓度为3.0mol/L的稀盐酸调节pH 值，使pH 值为5.0，然后加入木聚糖酶在20℃下反应280min，过滤后得到预处理麦草纤维原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料5IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的麦草纤维原料进行3段逆流洗涤后脱水，最后一段采用清水洗涤，洗涤脱水后的液体送入上一洗涤；
（3）将脱水后的麦草纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.3MPa，将温度升高到79℃，升温时间为100min，保温时间为180min，制浆条件为：制浆条件为：NaOH的用量22%，浆浓8%，MgSO4用量0.1%，Na2SiO3用量1.5%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮麦草纤维原料进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到氧碱浆料质量为：细浆得率48%，卡伯值20，白度53%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低3.1%。
实施例2
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:8将稻草与水混合均匀，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节pH 值，使pH 值为9.5，然后加入木聚糖酶在55℃下反应30min，过滤后得到预处理稻草纤维原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料用10IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的稻草纤维原料进行脱水；
（3）将脱水后的蔗渣放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.6MPa，将温度升高到110℃，升温时间为90min，保温时间为30min，制浆条件为：NaOH的用量24%，浆浓15%，MgSO4用量1.5%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮稻草纤维原料进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到的氧碱浆料质量为：细浆得率52%，卡伯值16，白度56%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低3.9%。
实施例3
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:4将蔗渣与水混合均匀，用0.01mol/L浓度的稀硫酸调节pH 值，使pH 值为6.0，然后加入木聚糖酶在55℃下反应15min，过滤后得到预处理蔗渣纤维原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料用15IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的蔗渣纤维原料进行2段逆流洗涤后脱水，最后一段采用清水洗涤，洗涤脱水后的液体送入上一洗涤；
（3）将脱水后的蔗渣纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.5MPa，将温度升高到95℃，升温时间为40min，保温时间为60min，制浆条件为：NaOH的用量23%，浆浓10%，MgSO4用量0.3%，Na2SiO3用量1.2%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮蔗渣进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到的氧碱浆料质量为：细浆得率60%，卡伯值14，白度65%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低4.9%。
实施例4
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:5将除髓后蔗渣与水混合均匀，用1.75mol/L浓度稀Na2CO3溶液调节pH 值，使pH 值为7.0，然后加入木聚糖酶在30℃下反应200min，过滤后得到预处理蔗渣纤维原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料用20IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的蔗渣纤维原料进行脱水；
（3）将脱水后的蔗渣纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.5MPa，将温度升高到90℃，升温时间为65min，保温时间为80min，制浆条件为：NaOH的用量24%，浆浓12%，MgSO4用量0.6%，Na2SiO3用量1.0%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮蔗渣纤维原料进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到的氧碱浆料质量为：细浆得率65%，卡伯值15，白度62%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低3.6%。
实施例5
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:6将龙须草与水混合均匀，用0.75mol/L浓度的稀Mg（OH）2调节pH 值，使pH 值为8.0，然后加入木聚糖酶在35℃下反应180min，过滤后得到预处理龙须草纤维原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料用25IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的龙须草纤维原料进行1段洗涤后脱水；
（3）将脱水后的龙须草纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.45MPa，将温度升高到108℃，升温时间为90min，保温时间为120min，制浆条件为：NaOH的用量25%，浆浓13%，MgSO4用量0.9%，Na2SiO3用量0.8%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮龙须草纤维原料进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到的氧碱浆料质量为：细浆得率45%，卡伯值16，白度50%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低2.9%。
实施例6
本实施例所述木聚糖酶预处理提高氧碱法制浆效果的方法，具体包括如下步骤：
（1）按液比为1:7将除髓后蔗渣原料与水混合均匀，用2.0mol/L浓度稀NaOH调节pH 值，使pH 值为9.0，然后加入木聚糖酶在40℃下反应35min，过滤后得到预处理蔗渣原料，木聚糖酶的用量为每克绝干原料用30IU木聚糖酶；
（2）将预处理后的蔗渣原料进行3段逆流洗涤后脱水，最后一段采用清水洗涤，洗涤脱水后的液体送入上一洗涤；
（3）将脱水后的蔗渣放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.55MPa，将温度升高到100℃，升温时间为50min，保温时间为150min，制浆条件为：NaOH的用量26%，浆浓14%，MgSO4用量1.2%，Na2SiO3用量0.2%；
（4）对步骤（3）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮蔗渣进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
本实施例制备得到的氧碱浆料质量为：细浆得率58.5%，卡伯值12，白度65%ISO，较预处理采用清水比较，制浆过程中实际碱消耗量降低4.5%。
Claims (3)
1.一种木聚糖酶预处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纤维原料与水混合均匀，液比为1:3~1:8，用浓度为0.01moL/L~3moL/L稀碱或稀酸调节pH 值，使pH 值为5.0~9.5，然后加入木聚糖酶在20℃~55℃下反应15min~280min，过滤后得到预处理纤维原料；
（2）将预处理后的纤维原料进行脱水或进行2~3段逆流洗涤后脱水，最后一段采用清水洗涤，洗涤脱水后的液体送入上一洗涤；
（3）将脱水或洗涤脱水后的纤维原料放入蒸煮设备进行氧碱制浆，在室温下往蒸煮设备中通入氧气，其中氧压为0.3MPa~0.6MPa，将温度升高到79℃~110℃，升温时间为30min~100min，保温时间为30~180min，制浆条件为：NaOH的用量20%~28%，浆浓8%~15%，MgSO4用量0.1%~1.5%，Na2SiO3用量0.0%~1.5%；
（4）蒸煮结束后，实施浆料的喷放，依传统工艺路线进行洗、选、筛，提取的黑液进入碱回收系统，浆渣回收重新混入待蒸煮蔗渣进行蒸煮，良浆待漂或作为商品浆出售。
2.根据权利要求1所述木聚糖酶预处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：每克绝干原料中加入5IU-30IU木聚糖酶。
3.根据权利要求1所述木聚糖酶预处理提高氧碱制浆效果的方法，其特征在于：纤维原料为非木材纤维原料。
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