CN105088841B - 一种造纸用软化剂以及一种低碳制浆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种造纸制浆用软化剂和一种低碳制浆工艺，所述造纸制浆用软化剂由丙烯酸、草酸、氢氟酸水溶液、过氧化氢水溶液和4A纳米分子筛组成。该软化剂可以将制浆漂白一次完成，并替代常规碱法制浆中常用的氢氧化钠和漂白过程中所用的氯气或者氯化物，可以减少后续处理工艺步骤，更节能环保。该工艺相比之前的工艺要减少多个工艺步骤，更简单，且处理效果更好。

Description

一种造纸用软化剂以及一种低碳制浆工艺
技术领域
本发明属于造纸制浆技术领域，具体涉及一种软化剂以及一种低碳制浆工艺。
背景技术
目前全世界制浆工艺存在如下问题
其一、能耗高
化学浆折合电能700余度/T浆；机械制浆折合电能2000度/T浆。
其二、得浆率低，每吨原料漂白浆得浆率不足50％。
其三、耗水量大，每吨浆耗水量约80m2
其四、投资大，每年产万吨浆投资约1亿元。
其五、污染重，全国2012年造纸业产生工业废气6146亿m3，烟粉尘468.8万吨，工业固体废弃物2168万吨，工业废水34.27亿m3.
其六、生产成本高，利润低，全国2013年造纸业利润率4.94％。
由此可见：目前制浆工艺落后，污染严重、投资大、生产成本高，效益低，资源浪费大。必须采用新的制作工艺，以适应现代造纸业发展的需要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种造纸制浆用软化剂以及一种新的低碳环保的制浆工艺。该软化剂可以将制浆漂白一次完 成，并替代常规碱法制浆中常用的氢氧化钠和漂白过程中所用的氯气或者氯化物，可以减少后续处理工艺步骤，更节能环保。该工艺相比之前的工艺要减少多个工艺步骤，更简单，且处理效果更好。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种造纸制浆用软化剂，由丙烯酸、草酸、氢氟酸水溶液、过氧化氢水溶液和4A纳米分子筛组成，其中以丙烯酸的摩尔用量为1，草酸的摩尔用量为丙烯酸的0.17-0.2倍，氢氟酸的摩尔用量为丙烯酸的0.1-0.2倍，过氧化氢的摩尔用量为丙烯酸的3-5倍；4A纳米分子筛的质量用量为软化剂总质量的0.1％-0.2％。
所述氢氟酸水溶液中氢氟酸的质量含量优选为38％-42％。
所述过氧化氢水溶液中过氧化氢的质量含量优选为45％-55％。
所述造纸制浆用软化剂的制备方法优选包括以下步骤：
(1)将氢氟酸和4A纳米分子筛加入过氧化氢水溶液中，并进行冷浴，得混合溶液A；
(2)将丙烯酸加入所述混合溶液A中，保持冷浴，得混合溶液B；
(3)将草酸水溶液加入混合溶液B中，保持冷浴，反应4-5小时，得到软化剂。
所述冷浴的温度优选为0℃-30℃。
一种低碳制浆工艺，包括以下步骤：
备料：将秸秆破碎，使其长度为15-20mm之间，得破碎料；
软化：将所述破碎料送到料仓中，按料液质量比加入相对于破碎 料重量3-8倍的软化剂，同时加入催化剂促进软化，所述催化剂的用量为破碎料质量的1.5％-2.0％，软化16-24小时后，得软化料；所述软化剂为权利要求1-5之一所述软化剂；所述催化剂由氧化镁、丙酮、仲辛醇聚氧乙烯醚和4A纳米分子筛组成，以仲辛醇聚氧乙烯醚的摩尔用量为1，氧化镁的摩尔用量为仲辛醇聚氧乙烯醚的9.3-9.6倍，丙酮的摩尔用量为仲辛醇聚氧乙烯醚的6.1-6.3倍；4A纳米分子筛的质量用量为催化剂总质量的0.1％-0.15％；
磨浆：将软化料输送到高浓度磨浆机中进行磨浆，得粗浆，多余软化剂流入回药池中再利用；
调浆：将粗浆送入水力碎浆机中，用Na2CO3调节粗浆的酸碱度，使pH＝7，得漂白浆；
筛选：用浆泵将漂白浆送入振框筛中，进行筛选，得漂白良浆，筛出的渣送到废渣处理；
成型：用浆板机将漂白良浆制作成漂白浆板。
所述催化剂的制备方法优选包括：
(1)将4A纳米分子筛与氧化镁混合均匀，得混合料；
(2)将丙酮加入所述混合料中搅拌均匀，得混合溶液；
(3)将仲辛醇聚氧乙烯醚加入所述混合溶液中搅拌均匀，待反应1-2小时后，得催化剂。
下面对本发明做进一步的解释和说明
所述软化剂的配方为：
C3H4O2+xC2H2O4·2H20+yHF+zH2O2+Q
其中C3H4O2为丙烯酸，纯度大于99％；
C2H2O4·2H2O为含两个结晶水的草酸，纯度大于99％；x为草酸相对于丙烯酸的摩尔用量，x＝0.17-0.2；
HF为氢氟酸，纯度在38％-42％之间；y为氢氟酸相对于丙烯酸的摩尔用量，y＝0.1-0.2；
H2O2为过氧化氢，纯度在45％-55％之间；z为过氧化氢相对于丙烯酸的摩尔用量，z＝3-5；
Q为4A纳米分子筛，其质量用量为软化剂总质量的0.1-0.2％。
x、y、z的取值根据所用秸秆原料的不同而有所不同。
所述催化剂的配方为：
mMgO+n C3H6O+(JFC-2)+q
MgO为氧化镁，含量大于85％；m为氧化镁的用量系数，m＝9.3-9.6；
C3H6O为丙酮，含量大于99％；n为丙酮的用量系数，n＝6.1-6.3；
JFC-2为仲辛醇聚氧乙烯醚。
q为4A纳米分子筛，其质量用量为催化剂总质量的0.1％-0.15％。
m和n的取值根据所用秸秆原料的不同而有所不同。
所述软化剂由多种有机酸和无机酸在纳米材料的催化下合成。所述催化剂由纤维素保护性材料、溶剂以及渗透性材料在纳米催化下合成。催化剂可以促进软化剂的效果，缩短软化的时间和增强软化的效果。采用本发明所提供的软化剂和催化剂可将制浆漂白一次完成，并替代常规碱法制浆中常用的氢氧化钠和漂白过程中所用的氯气或者 氯化物。
本发明所采用的设备如下：
备料：用锤片式粉碎机 例如：9F—350
料仓：自行设计制造。(用304#不锈钢板材制作)
磨浆：用高浓度磨浆机 例如：YZJM—600
调浆：用水力碎浆机 例如：ZSGJ系列
筛选：用振框筛 例如：PSK—1.8
成型：参照国家专利ZL2012 2 0231867.4
回药池：用不锈钢制作
配药池：用不锈钢制作。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明的工艺不采用锅炉，不产生空气污染。
2、本发明的工艺所产生的余液可封闭循环使用，不产生水污染。
3、本发明的工艺为溶剂法制浆，耗水量少，每吨浆耗水量仅需6—8吨。
4、本发明工艺简单，流程短，极大的降低了投资，每万吨浆投资仅需1000万元，减少了90％。
5、本发明采用环保型软化剂，彻底消除了化学制浆中的化学污染源。
6、本发明适用于各种非木材类原料，例如：稻草、麦草、烟杆、棉秆、高粱秆、黄豆杆、芝麻杆、玉米秆等。
7、本发明所需电能消耗仅为常规制浆的15％—20％，大大降低了能耗。
附图说明
图1是本发明的制浆工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
以棉杆为原料，采用本发明的制浆工艺如图1所示，具体工艺步骤如下：
备料：将棉杆用锤片式粉碎机进行破碎，得破碎料，其长度为15—20mm。
软化：用螺旋传输机将破碎料送到料仓中，按料液比1：5加入破碎料重量5倍的软化剂，同时加入催化剂反应20小时后，得软化料，催化剂用量为破碎料质量的1.8％，所用软化剂的配方为：
C3H4O2+0.18C2H2O4·2H2O+0.12HF+3.2H2O2+Q
Q为4A纳米分子筛，其质量用量为软化剂总质量的0.12％。
所用催化剂的配方为：
9.36MgO+6.15C3H4O2+(JFC-2)+q
JFC-2为仲辛醇聚氧乙烯醚。
q为4A纳米分子筛，其质量用量为催化剂总质量的0.12％。
磨浆：将软化料用螺旋传输机送到高浓度磨浆机中进行磨浆，得粗浆，所用螺旋传输机下部开有φ6孔，使多余软化剂流入回药池中。
调浆：用螺旋传输机将粗浆送入水力碎浆机中，参照造纸业碱抽提方案，用Na2CO3调节粗浆的酸碱度，使pH＝7.得漂白浆。
筛选：用浆泵将漂白浆送入振框筛中，进行筛选，得漂白良浆。 筛出的渣送到废渣处理。
成型：用浆板机将漂白良浆制作成漂白浆板(参照国家专利ZL2012 2 0231867.4)
废渣处理：参照国家专利ZL2012 1 0106232.6将废渣制作成微量元素肥料。
回药池：棉杆破碎料对于本软化剂的吸附量其重量的2.6倍，即1吨破碎料，吸附2.6吨软化剂。对于下一批破碎料只需添加其重量2.6倍的新软化剂，其余由回药池的余液补充，使料液比仍为1：5即可。

Claims (7)

1.一种造纸制浆用软化剂，其特征是，由丙烯酸、草酸、氢氟酸水溶液、过氧化氢水溶液和4A纳米分子筛组成，其中以丙烯酸的摩尔用量为1，草酸的摩尔用量为丙烯酸的0.17-0.2倍，氢氟酸的摩尔用量为丙烯酸的0.1-0.2倍，过氧化氢的摩尔用量为丙烯酸的3-5倍；4A纳米分子筛的质量用量为软化剂总质量的0.1%-0.2%。
2.根据权利要求1所述造纸制浆用软化剂，其特征是，所述氢氟酸水溶液中氢氟酸的质量含量为38%-42%。
3.根据权利要求1所述造纸制浆用软化剂，其特征是，所述过氧化氢水溶液中过氧化氢的质量含量为45%-55%。
4.根据权利要求1-3之一所述造纸制浆用软化剂，其特征是，制备方法包括以下步骤：
（1）将氢氟酸水溶液和4A纳米分子筛加入过氧化氢水溶液中，并进行冷浴，得混合溶液A；
（2）将丙烯酸加入所述混合溶液A中，保持冷浴，得混合溶液B；
（3）将草酸加入混合溶液B中，保持冷浴，反应4-5小时，得到软化剂。
5.根据权利要求4所述造纸制浆用软化剂，其特征是，所述冷浴的温度为0℃-30℃。
6.一种低碳制浆工艺，其特征是，包括以下步骤：
备料：将秸秆破碎，使其长度为15-20mm之间，得破碎料；
软化：将所述破碎料送到料仓中，按料液质量比加入相对于破碎料重量3-8倍的软化剂，同时加入催化剂促进软化，所述催化剂的用量为破碎料质量的1.5%-2.0%，软化16-24小时后，得软化料；所述软化剂为权利要求1-5之一所述软化剂；所述催化剂由氧化镁、丙酮、仲辛醇聚氧乙烯醚和4A纳米分子筛组成，以仲辛醇聚氧乙烯醚的摩尔用量为1，氧化镁的摩尔用量为仲辛醇聚氧乙烯醚的9.3-9.6倍，丙酮的摩尔用量为仲辛醇聚氧乙烯醚的6.1-6.3倍；4A纳米分子筛的质量用量为催化剂总质量的0.1%-0.15%；
磨浆：将软化料输送到高浓度磨浆机中进行磨浆，得粗浆，多余软化剂流入回药池中再利用；
调浆：将粗浆送入水力碎浆机中，用Na2CO3调节粗浆的酸碱度，使pH=7，得漂白浆；
筛选：用浆泵将漂白浆送入振框筛中，进行筛选，得漂白良浆，筛出的渣送到废渣处理；
成型：用浆板机将漂白良浆制作成漂白浆板。
7.根据权利要求6所述低碳制浆工艺，其特征是，所述催化剂的制备方法包括：
（1）将4A纳米分子筛与氧化镁混合均匀，得混合料；
（2）将丙酮加入所述混合料中搅拌均匀，得混合溶液；
（3）将仲辛醇聚氧乙烯醚加入所述混合溶液中搅拌均匀，待反应1-2小时后，得催化剂。
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