CN103835173A - 一种大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆方法，采用云南特色材种大龙竹，在预浸渍后使用二乙醇胺溶剂及蒽醌助剂蒸煮制浆；通过本发明方法制得的纸浆具得率高，黏度较高，强度较好的特点，且分离后的废液可直接作为预浸渍溶液及蒸煮溶剂循环使用。
Description
技术领域
本发明属于竹材原料有机溶剂法制浆技术领域，特别涉及一种大龙竹原料的预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆领域。
背景技术
大龙竹，其纤维平均长度为2.72mm，平均宽度为26.37μm，长宽比为103.2，是云南省栽培面积最大，用途最广，经济价值最高的竹种之一，具有广阔的开发利用前景。
且制浆造纸工业发展至今，硫酸盐法制浆，烧碱法制浆已成为制浆工业的主流，但这类方法制浆的主要缺点是污染严重，投资费用高。有机溶剂制浆法制浆，其目的在于取代传统制浆工艺，寻求可提高纸质量及产量的新方法。目前，得到广泛认可的有机溶剂制浆法中，低沸点有机溶剂，比如沸点都小于100℃的乙醇和甲醇等低沸点醇是溶剂制浆中优先选择的溶剂。但是，这类低沸点有机溶剂的低沸点、高挥发性和易燃等特性，使制浆蒸煮必须高压下进行，存在潜在的易燃、易爆及相关事故的安全隐患。而二乙醇胺溶剂沸点为268.8℃，属于高沸点型的有机溶剂，高温蒸煮时产生的蒸汽压较小，可以在接近常压下蒸煮从而安全性高。
但目前在高沸点溶剂法制浆过程中，对木材原料及竹材的蒸煮温度大多高于200℃，采用蒸煮废液的预浸渍，及在蒸煮中配加助剂，可期望降低能耗。同时对二乙醇胺蒸煮废液作为浸渍溶液及蒸煮液的回收，可尽可能的达到有二乙醇胺封闭循环使用的效果，从而进一步达到高效节能清洁化生产的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种大龙竹有机溶剂法制浆方法---预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆，采用该方法制得的竹材纸浆具有得率高，黏度较高，强度较好，且蒸煮过程中压力小，蒸煮废液循环回用效果好的特点。
本发明蒸煮制浆方法中，首先使用原溶剂或经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液对大龙竹竹段原料进行预浸渍，浸渍后的竹段原料以部分浸渍溶液（预浸渍过程中的二乙醇胺原溶剂或经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液）为蒸煮液，同时配加蒽醌助剂进行蒸煮制浆，蒸煮后分离废液筛浆后得到成浆，分离出的废液依次经过微滤和超滤并通过减压蒸馏除去水分后作为预浸渍溶液继续回用。
本发明大龙竹有机溶剂发蒸煮制浆方法按照以下具体步骤进行，文中百分比均为质量百分比，液比除特别说明外均为最初原料绝干质量对总溶液体积的比值：
（1）用铡刀将大龙竹劈拆成长2cm~3cm，宽度3cm以下的竹段，作为制浆原料；
（2）步骤（1）后所得竹段使用二乙醇胺或经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液对大龙竹竹段原料进行预浸渍；
（3）取步骤（2）中的预浸渍后竹段和部分预浸渍溶液置入以一定液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中，加入蒽醌，升温加热，进行蒸煮制浆；
（4）步骤（3）蒸煮结束后停止加热，打开链式硅油浴蒸煮锅，取出钢制密封小罐，开罐，取出浆料置于350目尼龙浆袋中，分离收集废液；
（5）步骤（4）分离废液后，所得浆料用与蒸煮时相同液比（浆料和热水是以最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:4~1:8的液比）的约80-90℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5；
（6）步骤（5）后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到大龙竹洁净纸浆；
（7）步骤（4）后，将所收集的废液以1:10~1:20的体积比加水稀释，并依次使用孔径0.22μm~0.65μm的微滤膜进行微滤，再使用截留分子量5000~30000的超滤膜进行超滤，收集滤液，得到二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液；
（8）步骤（7）收集的滤液，进行减压蒸馏除去水分；
（9）步骤（8）后所得溶液作为预浸渍溶液进行回用。
根据最终纸浆低高锰酸钾值和高黏度要求，步骤（2）、步骤（3）的预浸渍和蒸煮制浆处理条件可以调节，上述步骤（2）处预浸渍的工艺条件为：以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:10~1:20的液比，将大龙竹竹段浸于二乙醇胺或经过超滤分离水分后的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液中，并在40℃~60℃下浸渍24h~48h。
上述步骤（3）的蒸煮制浆工艺条件为：取步骤（2）中的预浸渍后竹段原料和预浸渍溶液以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:4~1:8的液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中，并添加原料绝干质量0.1~0.5%蒽醌，密闭后升温，升温时间从80℃开始计时，90min后升至150℃小保温60min，小保温结束后继续升温60min至最高温度170℃~195℃下保温210min~360min。
本发明中试剂无特殊说明，均为市售的常规试剂，使用的二乙醇胺、蒽醌等试剂为分析纯试剂。
本发明相对于现有技术的优点：
二乙醇胺的沸点超过200℃，高温蒸煮时产生的蒸汽压较小，可以在接近常压下蒸煮从而安全性高。同时二乙醇胺为碱性介质，加入蒽醌助剂有利于木质素的脱除，并且能显著降低二乙醇胺蒸煮过程中所需的最高保温温度；且二乙醇胺具有一定黏性，溶剂的渗透具有一定阻碍，通过预浸渍可达到充分浸透的目的，并可溶出部分低分子木质素和抽出物，从而降低蒸煮过程中蒸煮温度，也可缩短蒸煮时间。
通过超滤分离部分木质素等成分的回收的二乙醇胺蒸煮废液中存留着一些低分子多元醇（来自于糖等）和低分子酚类物质等来自于植物原料制浆降解的小分子组分，可将其作为浸渍过程中及制浆体系内自我补加的多元醇溶剂及助剂，并作为蒸煮液的一部分进入循环利用系统，从而达到清洁化生产的目的。
总之，新型原料大龙竹的预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆，在尽可能清洁化生产前提下，并在促进脱木质素和保护碳水化合物的同时，可在常压下制得较高得率，较低卡伯值，较好黏度的大龙竹制浆。采用本发明方法制得的大龙竹纸浆有得率高，强度好的特点，得率可达到56~65%，黏度可达1100~1300mL/g，卡伯值可达15~26。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步描述说明，但本发明保护范围不局限于所述内容，实施例中所有百分比均为质量百分比，液比除特别说明外均为最初原料绝干质量对总溶液体积的比值。
实施例1：本大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，具体内容如下：
实施例中以大龙竹为原料，用铡刀切成长度2cm~3cm，宽度3cm以下的竹段；竹段经筛选后进行预浸渍，预浸渍后置于1L钢制密封小罐中，并放入链式硅油浴蒸煮锅中进行二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆，具体步骤如下：
（1）预浸渍：大龙竹竹段以最初原料绝干质量:总二乙醇胺体积的比值=1:10的液比浸于新鲜的二乙醇胺溶剂中，在60℃温度下浸渍36h；
（2）取步骤（1）预浸渍后的竹段和部分预浸渍溶液（预浸渍过程中所使用的二乙醇胺溶剂）以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:8的液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中；
（3）步骤（2）后加入原料绝干质量0.3%蒽醌；
（4）步骤（3）后将钢制小罐密封，装入链式硅油浴蒸煮锅中，空转10min，使罐中原料与溶液进一步混合均匀；
（5）步骤（4）后开始升温，温度升至80℃后开始计时，90min后温度升至150℃，并在此温度下保温60min；
（6）步骤（5）保温结束后继续升温60min至170℃，并在此温度下保温360min；
（7）步骤（6）保温结束后停止加热，打开链式硅油浴蒸煮锅，取出钢制密封小罐，开罐，取出浆料置于350目尼龙浆袋中，分离收集废液；
（8）步骤（7）分离废液后，所得浆料用1:8的液比（即最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:8）的85℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5；
（9）步骤（8）后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到大龙竹洁净纸浆；
（10）步骤（7）后，将所收集的废液以1:15的体积比加水稀释，并依次使用孔径0.50μm的微滤膜进行微滤，再使用截留分子量15000的超滤膜进行超滤，收集滤液，得到二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液；
（11）步骤（10）收集的滤液，进行减压蒸馏除去水分；
（12）步骤（11）后所得溶液作为预浸渍溶液进行回用。
结果：纸浆得率62.0%，黏度1260mL/g，卡伯值21.2。
实施例2：本大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，具体内容如下：
实施例中以大龙竹为原料，用铡刀切成长度2cm~3cm，宽度3cm以下的竹段；竹段经筛选后进行预浸渍，预浸渍后置于1L钢制密封小罐中，并放入链式硅油浴蒸煮锅中进行二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆，具体步骤如下：
（1）预浸渍：大龙竹竹段以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:15的液比浸于经过超滤并分离水分后的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液中，在60℃温度下浸渍24h；
（2）将步骤（1）预浸渍后的竹段和部分预浸渍溶液（预浸渍过程中所使用的经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液）以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:6的液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中；
（3）步骤（2）后加入原料绝干质量0.5%蒽醌；
（4）步骤（3）后将钢制小罐密封，装入链式硅油浴蒸煮锅中，空转10min，使罐中原料与溶液进一步混合均匀；
（5）步骤（4）后开始升温，温度升至80℃后开始计时，90min后温度升至150℃，并在此温度下保温60min；
（6）步骤（5）保温结束后继续升温60min至195℃，并在此温度下保温300min；
（7）步骤（6）保温结束后停止加热，打开链式硅油浴蒸煮锅，取出钢制密封小罐，开罐，取出浆料置于350目尼龙浆袋中，分离收集废液；
（8）步骤（7）分离废液后，所得浆料用1:6的液比（即最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:6）的80℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5；
（9）步骤（8）后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到洁净纸浆；
（10）步骤（7）后，将所收集的废液以1:10的体积比加水稀释，并依次使用孔径0.22μm的微滤膜进行微滤，再使用截留分子量10000的超滤膜进行超滤，收集滤液，得到二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液；
（11）步骤（10）收集的滤液，进行减压蒸馏除去水分；
（12）步骤（11）后所得溶液作为预浸渍溶液进行回用。
结果：纸浆得率60.0%，黏度1200mL/g，卡伯值18.6。
实施例3：本大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，具体内容如下：
实施例中以大龙竹为原料，用铡刀切成长度2cm~3cm，宽度3cm以下的竹段；竹段经筛选后进行预浸渍，预浸渍后置于1L钢制密封小罐中，并放入链式硅油浴蒸煮锅中进行二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆，具体步骤如下：
（1）预浸渍：大龙竹竹段以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:20的液比浸于经过超滤并分离水分后的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液中，在40℃温度下浸渍48h；
（2）将步骤（1）预浸渍后的竹段和部分预浸渍溶液（预浸渍过程中所使用的经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液）以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:7的液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中；
（3）步骤（2）后加入原料绝干质量0.4%蒽醌；
（4）步骤（3）后将钢制小罐密封，装入链式硅油浴蒸煮锅中，空转10min，使罐中原料与溶液进一步混合均匀；
（5）步骤（4）后开始升温，温度升至80℃后开始计时，90min后温度升至150℃，并在此温度下保温60min；
（6）步骤（5）保温结束后继续升温60min至190℃，并在此温度下保温240min；
（7）步骤（6）保温结束后停止加热，打开链式硅油浴蒸煮锅，取出钢制密封小罐，开罐，取出浆料置于350目尼龙浆袋中，分离收集废液；
（8）步骤（7）分离废液后，所得浆料用1:7的液比（即最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:7）的90℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5；
（9）步骤（8）后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到洁净纸浆；
（10）步骤（7）后，将所收集的废液以1:20的体积比加水稀释，并依次使用孔径0.65μm的微滤膜进行微滤，再使用截留分子量20000的超滤膜进行超滤，收集滤液，得到二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液；
（11）步骤（10）收集的滤液，进行减压蒸馏除去水分；
（12）步骤（11）后所得溶液作为预浸渍溶液进行回用。
结果：纸浆得率58.1%，黏度1130mL/g，卡伯值25.4。
实施例4：本大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，具体内容如下：
实施例中以大龙竹为原料，用铡刀切成长度2cm~3cm，宽度3cm以下的竹段；竹段经筛选后进行预浸渍，预浸渍后置于1L钢制密封小罐中，并放入链式硅油浴蒸煮锅中进行二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆，具体步骤如下：
（1）预浸渍：大龙竹竹段以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:20的液比浸于新鲜的二乙醇胺溶剂中，在50℃温度下浸渍40h；
（2）将步骤（1）预浸渍后的竹段和部分预浸渍溶液（预浸渍过程中所使用的二乙醇胺原溶剂）以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:4的液比置入链式硅油浴蒸煮锅中的1L钢制密封小罐中；
（3）步骤（2）后加入原料绝干质量0.2%蒽醌；
（4）步骤（3）后将钢制小罐密封，装入链式硅油浴蒸煮锅中，空转10min，使罐中原料与溶液进一步混合均匀；
（5）步骤（4）后开始升温，温度升至80℃后开始计时，90min后温度升至150℃，并在此温度下保温60min；
（6）步骤（5）保温结束后继续升温60min至185℃，并在此温度下保温350min；
（7）步骤（6）保温结束后停止加热，打开链式硅油浴蒸煮锅，取出钢制密封小罐，开罐，取出浆料置于350目尼龙浆袋中，分离收集废液；
（8）步骤（7）分离废液后，所得浆料用1:4的液比（即最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:4）的85℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5；
（9）步骤（8）后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到洁净纸浆；
（10）步骤（7）后，将所收集的废液以1:10的体积比加水稀释，并依次使用孔径0.40μm的微滤膜进行微滤，再使用截留分子量30000的超滤膜进行超滤，收集滤液；
（11）步骤（10）收集的滤液，进行减压蒸馏除去水分；
（12）步骤（11）后所得溶液作为预浸渍溶液进行回用。
结果：纸浆得率61.7%，黏度1180mL/g，卡伯值20.1。
Claims (3)
1.一种大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆方法，其特征在于具体工艺步骤如下：
（1）将大龙竹劈拆成长2cm~3cm，宽度3cm以内的竹段，作为制浆原料；
（2）使用二乙醇胺或经超滤分离水分的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液对大龙竹竹段原料进行预浸渍；
（3）取步骤（2）中的预浸渍后竹段和预浸渍溶液置入链式油浴蒸煮锅中进行蒸煮制浆；
（4）蒸煮完成后分离浆料和废液，所得浆料用80-90℃的热水于85℃的水浴锅中洗涤三次，每30min一次，最后用清水常温下洗涤至pH=6.5~7.5，其中浆料和热水是以最初原料绝干质量对洗涤时所用热水体积的比值为1:4~1:8的液比混合洗涤；
（5）洗涤后所得浆料置于筛浆机中，使用筛缝为0.40mm的筛板加清水进行筛选，分离筛渣，得到大龙竹洁净纸浆；
（6）所得废液以1:10~1:20的体积比加水稀释，并使用孔径0.22μm~0.65μm的微滤膜进行微滤，然后用截留分子量5000~30000的超滤膜进行超滤；超滤后所得滤液进行减压蒸馏除去水分，减压蒸馏后所得二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液作为预浸渍溶液进行回用。
2.根据权利要求1所述大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，其特征在于：步骤（2）预浸渍处理工艺条件为：以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:10~1:20的液比，将大龙竹竹段浸于二乙醇胺或经过超滤分离水分后的二乙醇胺-蒽醌蒸煮废液中，并在40℃~60℃下浸渍24h~48h。
3.根据权利要求1所述大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌法蒸煮制浆方法，其特征在于：步骤（3）蒸煮制浆工艺条件为：取步骤（2）中的预浸渍后竹段原料和预浸渍溶液以最初原料绝干质量:总溶液体积的比值=1:4~1:8的液比置入链式油浴蒸煮锅中，并添加原料绝干质量0.1~0.5%的蒽醌，密闭后升温90min至150℃小保温60min，升温时间从80℃开始计时，小保温结束后继续升温60min至最高温度170℃~195℃下保温210min~360min。
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