CN105002768A - 一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法 - Google Patents
一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于造纸行业中废液后处理技术领域，特别涉及一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法。将杨木板皮溶解浆预水解废液使用漆酶处理，漆酶用量为1-20U/mL；漆酶处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液采用改性剂进行处理，改性剂用量为5-50mg/kg；改性剂改性后的杨木板皮溶解浆预水解废液进行絮凝处理。综上所述，采用本发明所述工艺处理杨木板皮溶解浆预水解废液，工艺流程简单，所用化学品清洁环保。本发明主要通过添加漆酶来氧化还原杨木板皮溶解浆预水解废液中的木素，使木素结构组分发生变化，通过添加过硫酸盐类改性剂进一步来提高木素的分子量，再通过添加木素絮凝剂，实现木素的高效去除目的和各聚糖的保留率。
Description
技术领域
本发明属于造纸行业中废液后处理技术领域，特别涉及一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法。
背景技术
预水解段是预水解-硫酸盐工艺制备溶解浆过程中去除半纤维素至关重要的一步，主要目的是脱除半纤维，由于预水解时的液比通常为1:(6～8)，大量的预水解废液随之产生。目前，国内外关于预水解废液的处理技术，一是采用生物+物化处理工艺，但废液中COD高达60000 mg/l，处理成本极高；二是其与制浆黑液混合蒸发后去碱回收炉燃烧，可由于预水解废液中总固形物浓度低（2-5%），而黑液中总固形物浓度高（12%-16%），这两种液体混合后会极大地降低混合液中总固形物浓度，蒸发时消耗大量蒸汽，碱回收能耗严重增加。
近年来，研究者发现，溶解浆预水解废液中主要含有低聚糖、乙酸、木素和糠醛。非消化性低聚糖具有抵御肠道致病菌感染、维持肠道微生态平衡、增强机体免疫力等重要功能，广泛应用于食品、医药、农业等领域，是生物产业的重大品种，国际上发展迅猛；乙酸、木素和糠醛均是高附加值化工原料，若能将溶解浆预水解废液中各组分进行有效分离，将是实现其资源化利用的有效保障。
溶解浆预水解废液分离纯化低聚糖、糠醛和乙酸时面临最大的问题是预水解废液中含有的低分子木素，若不去除，在后续蒸发浓缩时易结垢、膜处理时易污染膜并严重影响低聚糖、糠醛和乙酸的纯度。目前已有诸多学者致力于去除预水解废液中木素的研究，有的利用活性碳吸附、离子交换树脂和纳滤膜浓缩进行了溶解浆预水解废液中木素的去除研究；有的采用酸处理分离出木素；有的用铝盐或阳离子聚合物进行絮凝去除木素降解产物等胶体物质；有的用壳聚糖絮凝剂进行预水解废液中木素的去除；有的用十二烷基-三甲基-氯化铵与氧化钙组合去除预水解废液中的木素。但以上技术，木素去除率均较低（＜50%），且预水解废液中各聚糖的保留率低（＜80%）。
发明内容
为了解决以上现有技术中溶解浆预水解废液中木素去除率低，且预水解废液中各聚糖的保留率低的问题，本发明提供了一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法，该方法的特点是：首先采用漆酶对预水解液中木素进行处理，通过漆酶的氧化还原作用，使木素结构组分发生变化，之后，添加过硫酸盐改性剂，通过自由基聚合，提高木素的分子量，使木素在预水解废液中变成热力学不稳定状态，再通过添加木素絮凝剂，实现木素的高效去除。采用此工艺处理后，木素的去除率超过70%，预水解废液中各聚糖保留率均可达90%。
本发明是通过以下措施实现的：
一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法，包括以下步骤：
（1）将杨木板皮溶解浆预水解废液使用漆酶处理，漆酶用量为1-20U/mL，优选4 U/mL；
（2）漆酶处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液采用改性剂进行处理，改性剂用量为5-50mg/kg，优选10 mg/kg、30 mg/kg，改性剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠摩尔比1:1.5:1.2的混合物；
（3）改性剂改性后的杨木板皮溶解浆预水解废液进行絮凝处理。
所述的去除方法，步骤（1）中漆酶处理温度为30-50℃，pH为4-6，优选5.0±0.2，处理时间为30-200min，优选90 min。
所述的去除方法，步骤（2）中改性温度为50±5℃，时间30～90分钟，优选60分钟。
所述的去除方法，步骤（3）絮凝剂用量为20-200 mg/kg，优选100 mg/kg，絮凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝和聚二甲基二烯丙基氯化铵质量比1:0.5:0.2的混合物。
所述的去除方法，步骤（1）中搅拌速度为50-200rpm。
所述的去除方法，步骤（2）中搅拌速度为50-200rpm。
所述的去除方法，步骤（3）中处理温度为50±5℃，时间30～120分钟，优选60分钟。
所述的去除方法，步骤（3）中搅拌速度为50-300 rpm。
综上所述，采用本发明所述工艺处理杨木板皮溶解浆预水解废液，工艺流程简单，所用化学品清洁环保。本发明主要通过添加漆酶来氧化还原杨木板皮溶解浆预水解废液中的木素，使木素结构组分发生变化，通过添加过硫酸盐类改性剂进一步来提高木素的分子量，再通过添加木素絮凝剂，实现木素的高效去除目的。
本发明的有益效果是：
（1）首先通过添加漆酶来氧化还原木素，再添加过硫酸盐改性剂进一步来提高木素的分子量，从而提高了木素的去除率和各聚糖的保留率；
（2）采用本发明所述工艺处理杨木板皮溶解浆预水解废液，工艺流程简单，所用化学品清洁环保。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1：
本实施例中的处理对象杨木板皮溶解浆预水解废液，组成见表1。
表1 杨木板皮溶解浆预水解废液的成分
| 项目 | 废液 |
| pH值 | 4.12 |
| 酸溶木素/g/l | 9.18 |
| 聚阿拉伯糖/g/l | 0.62 |
| 聚半乳糖/g/l | 0.79 |
| 聚葡萄糖/g/l | 1.15 |
| 聚木糖/g/l | 11.59 |
| 聚甘露糖/g/l | 0.24 |
（1）取200mL杨木板皮溶解浆预水解废液加入500mL四口瓶中，四口瓶分别接有搅拌器，温度计，氮气管，和冷凝管，搅拌速度为150rpm，采用恒温水浴槽加热，调整预水解废液温度为35±2℃，漆酶用量为4 u/mL，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节溶液pH=5.0±0.2，处理时间为90 min；
（2）将改性剂添加到漆酶处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液中，改性剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠摩尔比1:1.5:1.2的混合物，改性剂用量为10 ppm（mg/kg），通氮气，Tmax=50±5℃，保温处理时间为60分钟，搅拌速度为150rpm；
（3）将木素絮凝剂添加到改性处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液中，在本实施例中，絮凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝和聚二甲基二烯丙基氯化铵质量比1:0.5:0.2的混合物，絮凝剂用量为100 ppm，Tmax=50±5℃，保温时间60分钟，搅拌速度为100 rpm。絮凝剂的选择只要能够使木素絮凝沉降就可以，不仅仅限于实施例中列举的种类。
絮凝处理后用0.45 um的微孔过滤器过滤。通过上述步骤得到木素的去除率为75.2%，聚阿拉伯糖保留率为93.1%，聚半乳糖保留率为 92.3%，聚葡萄糖保留率90.3%，聚木糖保留率 93.5%，聚甘露糖保留率91.0%。
对比实施例1：
同实施例1相比，步骤（2）中使用的改性剂中过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠的摩尔比1:1:1，其余同实施例1完全相同。
絮凝处理后用0.45 um的微孔过滤器过滤。通过上述步骤得到木素的去除率为68.2%，聚阿拉伯糖保留率为88.1%，聚半乳糖保留率为 87.2%，聚葡萄糖保留率87.3%，聚木糖保留率 88.5%，聚甘露糖保留率88.0%。
对比实施例2：
同实施例1相比，省略步骤（1），直接采用步骤（2）和（3）进行处理。
絮凝处理后用0.45 um的微孔过滤器过滤。通过上述步骤得到木素的去除率为60.2%，聚阿拉伯糖保留率为83.1%，聚半乳糖保留率为 84.3%，聚葡萄糖保留率85.2%，聚木糖保留率 83.8%，聚甘露糖保留率84.5%。
对比实施例3：
同实施例1相比，省略步骤（2），直接采用步骤（1）和（3）进行处理。
絮凝处理后用0.45 um的微孔过滤器过滤。通过上述步骤得到木素的去除率为55.4%，聚阿拉伯糖保留率为82.1%，聚半乳糖保留率为 81.3%，聚葡萄糖保留率83.2%，聚木糖保留率81.6%，聚甘露糖保留率83.0%。
实施例2：
采用同实施例1同一批杨木板皮溶解浆预水解废液。
（1）取200mL杨木板皮溶解浆预水解废液加入500mL四口瓶中，四口瓶分别接有搅拌器，温度计，氮气管，和冷凝管，搅拌速度为150rpm，采用恒温水浴槽加热，调整预水解废液温度为35±2℃，漆酶用量为4 u/mL，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节溶液pH=5.0±0.2，处理时间为90 min；
（2）将改性剂添加到漆酶处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液中，改性剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠摩尔比1:1.5:1.2的混合物，改性剂用量为30 ppm，通氮气，Tmax=50±5℃，保温处理时间为60分钟，搅拌速度为150rpm；
（3）将木素絮凝剂添加到改性处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液中，在本实施例中，絮凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝和聚二甲基二烯丙基氯化铵质量比1:0.5:0.2的混合物，絮凝剂用量为100 ppm，Tmax=50±5℃，保温时间60分钟，搅拌速度为100 rpm。絮凝剂的选择只要能够使木素絮凝沉降就可以，不仅仅限于实施例中列举的种类。
絮凝处理后用0.45 um的微孔过滤器过滤。通过上述步骤得到木素的去除率为80.2%，聚阿拉伯糖保留率为92.1%，聚半乳糖保留率为 91.3%，聚葡萄糖保留率90.6%，聚木糖保留率 94.5%，聚甘露糖保留率91.5%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种杨木板皮溶解浆预水解废液中木素的去除方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将杨木板皮溶解浆预水解废液使用漆酶处理，漆酶用量为1-20U/mL；
（2）漆酶处理后的杨木板皮溶解浆预水解废液采用改性剂进行处理，改性剂用量为5-50mg/kg，改性剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠摩尔比1:1.5:1.2的混合物；
（3）改性剂改性后的杨木板皮溶解浆预水解废液进行絮凝处理。
2.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于步骤（1）中漆酶处理温度为30-50℃，pH为4-6，处理时间为30-200min。
3.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于步骤（2）中改性温度为50±5℃，时间30～90分钟。
4.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于步骤（3）絮凝剂用量为20-200 mg/kg，絮凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝和聚二甲基二烯丙基氯化铵质量比1:0.5:0.2的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的去除方法，其特征在于步骤（1）中搅拌速度为50-200rpm。
6.根据权利要求1或3所述的去除方法，其特征在于步骤（2）中搅拌速度为50-200rpm。
7.根据权利要求1或4所述的去除方法，其特征在于步骤（3）中处理温度为50±5℃，时间30～120分钟。
8.根据权利要求1、4或7中任一项所述的去除方法，其特征在于步骤（3）中搅拌速度为50-300 rpm。
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