CN106978747A - 一种高脱除率的废纸脱墨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高脱除率的废纸脱墨方法,属于废纸脱墨技术领域。本发明先将磁铁矿和活性污泥、沼气液混合发酵,利用微生物对矿石表面进行微腐,产生多孔结构,再利用液氮冷冻即“冰劈作用”使磁铁矿粉化,得到高比表面积的磁铁矿粉,再用烤鸭油和丁香精油在微生物的作用下,对磁铁矿粉表面改性,增加矿粉表面亲油性的酯基和烃基数量,得油墨附聚剂,本发明通过机械搅拌和高温双重作用使油墨在纸纤维上突起,再用纤维素酶作用在突起上,使油墨和纤维间的连接变松弛,再用茶皂素作为天然非离子表面活性剂使油墨和纤维完全脱离,油墨颗粒附聚在磁铁矿粉表面,在外加磁场的作用下实现油墨和纸纤维的分离,油墨脱除率高。
Description
技术领域
本发明公开了一种高脱除率的废纸脱墨方法,属于废纸脱墨技术领域。
背景技术
废纸回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重三大问题的有效途径。废纸回收就是把可用的纸浆纤维素从纸张的其他组分(如油墨、颜料、无机填料、激光调色剂颗粒、粘合剂等)中分离出来,对废纸进行再生处理的过程。目前,废纸已成为造纸工业的重要原料来源,所占比重越来越大。利用废纸进行制浆造纸,可以节约大量的木材,降低生产成本,减轻废水污染,减少环保投资,降低水和能源消耗。
在废纸制浆中一个重要的环节就是脱墨。目前,废纸脱墨所采取的方法有机械法、化学法和生物酶法。机械法动力消耗大、脱墨效果差、浆料滤水性不好、白度低、纸浆品质得不到保证,仅作为一种辅助法应用;化学法脱墨是当前应用最多的方法,主要通过加入表面活性剂、氢氧化钠、硅酸钠等化学品,使油墨中某些组分皂化或水解,并从纤维上脱落,达到脱墨目的,但存在脱墨成本高,得率低,废水治理成本高,产生胶粘物难去除,设备容易结垢等许多弊端。
生物酶脱墨则是近年发展起来的一种脱墨方法,它克服了许多化学法无法解决的问题,是化学脱墨剂的理想代替品。其工艺是利用纤维素酶的生物催化作用,降解部分纤维素丝使油墨和纤维素的连接减弱,使油墨易于从纤维素上分离下来,再将油墨粒子进一步通过浮选法或洗涤法从纸浆中除去。目前可见到的生物酶脱墨剂主要成分为纤维素酶、木聚糖酶。这两种酶用于脱墨,由于它能分解纸浆纤维,所以存在有降低纸浆强度和得率的不足的问题,且用于脱墨的生物酶对环境要求敏感,温度和pH值都对酶的活性影响显著,进行脱墨时为了调节pH值,也需加入酸碱等化学试剂,存在环境污染。因此,如何使废纸脱墨工艺兼顾质量、环保与效率,成为目前造纸行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题:针对目前常见的脱墨方法脱除的油墨和纸浆难以分离、油墨脱除率低、化学脱墨剂污染环境的问题,提供了一种高脱除率的废纸脱墨方法。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
(1)将茶叶和水混合加热浸提,过滤得到滤液,将滤液离心分离得到上层液,并将上层液浓缩,得到浓缩液,将浓缩液和无水乙醇按质量比为1:4混合醇沉,过滤得到滤渣即为茶皂素,备用;
(2)将磁铁矿粉碎成磁铁矿颗粒并装入纱布袋中,再放入发酵罐底部,用活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入沼气液,密封发酵;
(3)待上述发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻后粉碎,过100目筛得到多孔磁铁矿粉末,将所得多孔磁铁矿粉末和烤鸭油、丁香精油混合后再次放入发酵罐中密封发酵,发酵结束后取出发酵产物过滤分离得到滤渣,灭菌,得到改性多孔磁铁矿粉,备用;
(4)将待脱墨废纸和水混合后剪切匀浆,得到纸浆,再将纸浆加热煮沸,待煮沸后的纸浆冷却至25~30℃时,向冷却后的纸浆中加入纤维素酶,保温酶解3~5h;
(5)待上述酶解结束,向酶解产物中加入步骤(1)备用的茶皂素和步骤(3)备用的改性多孔磁铁矿粉,超声振荡,得到产物,再在超声振荡后的产物四周施加磁场,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
本发明的有益效果是:
本发明首先将磁铁矿和活性污泥、沼气液混合发酵,利用微生物对矿石表面进行微腐,产生多孔结构,再利用液氮冷冻即“冰劈作用”使磁铁矿粉化,得到高比表面积的磁铁矿粉,再用烤鸭油和丁香精油在微生物的作用下,对磁铁矿粉表面进行改性,增加矿粉表面亲油性的酯基和烃基数量,制得油墨附聚剂,用其吸附油墨,再通过机械搅拌和高温双重作用使油墨在纸纤维上突起,再用纤维素酶作用在突起上,使得油墨和纤维间的连接变松弛,然后利用茶皂素作为天然非离子表面活性剂使油墨和纤维完全脱离,油墨颗粒附聚在磁铁矿粉表面,在外加磁场的作用下实现油墨和纸纤维的分离,提高油墨脱除率,使用本发明废纸脱墨方法进行废纸脱墨,纸浆得率较高,油墨脱除率达88~95%,同时脱墨浆白度可以达到72.3~78.6%ISO,残余油墨的含量降至73~82ppm,胶粘物含量降至89~92ppm,且本发明脱墨方法不使用有毒化学试剂,使用后不会对环境造成污染。
具体实施方式
准备茶叶、水、无水乙醇、磁铁矿、氨氮废水处理厂二沉池活性污泥、沼气液、烤鸭油、丁香精油、待脱墨废纸和纤维素酶,完成备料。
首先按质量比为1:10将茶叶和水混合后装入烧杯,对烧杯水浴加热至60~70℃,保温浸提3~5h后过滤去除滤渣,将滤液移入离心机中,以3000~4000r/min转速离心处理15~20min,分离去除沉淀得到上层液并浓缩至上层液原体积的1/3,得到浓缩液,随后按体积比为1:4向浓缩液中加入无水乙醇,在70~80℃的水浴条件下静置醇沉2~3h,过滤得到滤饼,将滤饼真空干燥即得茶皂素,再称取1~2kg磁铁矿放入粉碎机中粉碎得到粒径为3~5mm的磁铁矿颗粒,将得到的磁铁矿颗粒装入纱布袋中并将纱布袋放置在发酵罐底部,先用磁铁矿颗粒总质量3~5倍的氨氮废水处理厂二沉池活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入磁铁矿颗粒总质量8~10倍的沼气液,密封罐口,在35~45℃下静置发酵30~40天,利用微生物对矿石表面进行微腐,产生多孔结构,待发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻5~10min后转入球磨罐中,球磨处理20~30min后过100目筛,利用冰劈作用使磁铁矿粉碎,得到多孔磁铁矿粉末,再按质量比为2:5:1将多孔磁铁矿粉末、烤鸭油、丁香精油混合后再次装入发酵罐中,将发酵罐放在温度为30~40℃的恒温箱中发酵12~15天,过滤发酵产物得到滤渣,高温灭菌后干燥,用烤鸭油和丁香精油在微生物的作用下,对磁铁矿粉表面进行改性,增加矿粉表面亲油性的酯基和烃基数量,即得改性多孔磁铁矿粉,再将待脱墨废纸和水按质量比为1:100混合后用高剪切分散匀浆机以3000~3500r/min转速剪切匀浆1~2h,得到纸浆后加热煮沸处理30~40min,待纸浆自然冷却至25~30℃时,向纸浆中加入纸浆质量10%的纤维素酶,保温酶解3~5h,通过机械搅拌和高温双重作用使油墨在纸纤维上突起,再用纤维素酶作用在突起上,使得油墨和纤维间的连接变松弛,待酶解结束后,向酶解后的纸浆中加入纸浆质量5%茶皂素和纸浆质量10%的改性多孔磁铁矿粉,利用茶皂素作为天然非离子表面活性剂使油墨和纤维完全脱离,油墨颗粒附聚在磁铁矿粉表面,添加完毕后转入超声振荡仪,以40~60KHz的频率超声振荡处理3~5h,最后待超声处理结束后,将纸浆转入玻璃罐中,在玻璃罐四周施加磁感应强度为2000~2500Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场,在外加磁场的作用下实现油墨和纸纤维的分离,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
用本发明废纸脱墨方法进行废纸脱墨,纸浆得率较高,油墨脱除率达88~95%,同时脱墨浆白度可以达到72.3~78.6%ISO,残余油墨的含量降至73~82ppm,胶粘物含量降至89~92ppm,且本发明脱墨方法不使用有毒化学试剂,使用后不会对环境造成污染。
实例1
首先按质量比为1:10将茶叶和水混合后装入烧杯,对烧杯水浴加热至60℃,保温浸提3h后过滤去除滤渣,将滤液移入离心机中,以3000r/min转速离心处理15min,分离去除沉淀得到上层液并浓缩至上层液原体积的1/3,得到浓缩液,随后按体积比为1:4向浓缩液中加入无水乙醇,在70℃的水浴条件下静置醇沉2h,过滤得到滤饼,将滤饼真空干燥即得茶皂素,再称取1kg磁铁矿放入粉碎机中粉碎得到粒径为3mm的磁铁矿颗粒,将得到的磁铁矿颗粒装入纱布袋中并将纱布袋放置在发酵罐底部,先用磁铁矿颗粒总质量3倍的氨氮废水处理厂二沉池活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入磁铁矿颗粒总质量8倍的沼气液,密封罐口,在35℃下静置发酵30天,待发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻5min后转入球磨罐中,球磨处理20min后过100目筛,得到多孔磁铁矿粉末,再按质量比为2:5:1将多孔磁铁矿粉末、烤鸭油、丁香精油混合后再次装入发酵罐中,将发酵罐放在温度为30℃的恒温箱中发酵12天,过滤发酵产物得到滤渣,高温灭菌后干燥,得改性多孔磁铁矿粉,再将待脱墨废纸和水按质量比为1:100混合后用高剪切分散匀浆机以3000r/min转速剪切匀浆1h,得到纸浆后加热煮沸处理30min,待纸浆自然冷却至25℃时,向纸浆中加入纸浆质量10%的纤维素酶,保温酶解3h,待酶解结束后,向酶解后的纸浆中加入纸浆质量5%茶皂素和纸浆质量10%的改性多孔磁铁矿粉,添加完毕后转入超声振荡仪,以40KHz的频率超声振荡处理3h,最后待超声处理结束后,将纸浆转入玻璃罐中,在玻璃罐四周施加磁感应强度为2000Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
用本发明废纸脱墨方法进行废纸脱墨,纸浆得率较高,油墨脱除率达88%,同时脱墨浆白度可以达到72.3%ISO,残余油墨的含量降至73ppm,胶粘物含量降至89ppm,且本发明脱墨方法不使用有毒化学试剂,使用后不会对环境造成污染。
实例2
首先按质量比为1:10将茶叶和水混合后装入烧杯,对烧杯水浴加热至65℃,保温浸提4h后过滤去除滤渣,将滤液移入离心机中,以3500r/min转速离心处理18min,分离去除沉淀得到上层液并浓缩至上层液原体积的1/3,得到浓缩液,随后按体积比为1:4向浓缩液中加入无水乙醇,在75℃的水浴条件下静置醇沉2h,过滤得到滤饼,将滤饼真空干燥即得茶皂素,再称取1kg磁铁矿放入粉碎机中粉碎得到粒径为4mm的磁铁矿颗粒,将得到的磁铁矿颗粒装入纱布袋中并将纱布袋放置在发酵罐底部,先用磁铁矿颗粒总质量4倍的氨氮废水处理厂二沉池活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入磁铁矿颗粒总质量9倍的沼气液,密封罐口,在40℃下静置发酵35天,待发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻8min后转入球磨罐中,球磨处理25min后过100目筛,得到多孔磁铁矿粉末,再按质量比为2:5:1将多孔磁铁矿粉末、烤鸭油、丁香精油混合后再次装入发酵罐中,将发酵罐放在温度为35℃的恒温箱中发酵14天,过滤发酵产物得到滤渣,高温灭菌后干燥,得改性多孔磁铁矿粉,再将待脱墨废纸和水按质量比为1:100混合后用高剪切分散匀浆机以3250r/min转速剪切匀浆1h,得到纸浆后加热煮沸处理35min,待纸浆自然冷却至28℃时,向纸浆中加入纸浆质量10%的纤维素酶,保温酶解4h,待酶解结束后,向酶解后的纸浆中加入纸浆质量5%茶皂素和纸浆质量10%的改性多孔磁铁矿粉,添加完毕后转入超声振荡仪,以50KHz的频率超声振荡处理4h,最后待超声处理结束后,将纸浆转入玻璃罐中,在玻璃罐四周施加磁感应强度为2250Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
用本发明废纸脱墨方法进行废纸脱墨,纸浆得率较高,油墨脱除率达91%,同时脱墨浆白度可以达到75.3%ISO,残余油墨的含量降至76ppm,胶粘物含量降至90ppm,且本发明脱墨方法不使用有毒化学试剂,使用后不会对环境造成污染。
实例3
首先按质量比为1:10将茶叶和水混合后装入烧杯,对烧杯水浴加热至70℃,保温浸提5h后过滤去除滤渣,将滤液移入离心机中,以4000r/min转速离心处理20min,分离去除沉淀得到上层液并浓缩至上层液原体积的1/3,得到浓缩液,随后按体积比为1:4向浓缩液中加入无水乙醇,在80℃的水浴条件下静置醇沉3h,过滤得到滤饼,将滤饼真空干燥即得茶皂素,再称取2kg磁铁矿放入粉碎机中粉碎得到粒径为5mm的磁铁矿颗粒,将得到的磁铁矿颗粒装入纱布袋中并将纱布袋放置在发酵罐底部,先用磁铁矿颗粒总质量5倍的氨氮废水处理厂二沉池活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入磁铁矿颗粒总质量10倍的沼气液,密封罐口,在45℃下静置发酵40天,待发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻10min后转入球磨罐中,球磨处理30min后过100目筛,得到多孔磁铁矿粉末,再按质量比为2:5:1将多孔磁铁矿粉末、烤鸭油、丁香精油混合后再次装入发酵罐中,将发酵罐放在温度为40℃的恒温箱中发酵15天,过滤发酵产物得到滤渣,高温灭菌后干燥,得改性多孔磁铁矿粉,再将待脱墨废纸和水按质量比为1:100混合后用高剪切分散匀浆机以3500r/min转速剪切匀浆2h,得到纸浆后加热煮沸处理40min,待纸浆自然冷却至30℃时,向纸浆中加入纸浆质量10%的纤维素酶,保温酶解5h,待酶解结束后,向酶解后的纸浆中加入纸浆质量5%茶皂素和纸浆质量10%的改性多孔磁铁矿粉,添加完毕后转入超声振荡仪,以60KHz的频率超声振荡处理5h,最后待超声处理结束后,将纸浆转入玻璃罐中,在玻璃罐四周施加磁感应强度为2500Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
用本发明废纸脱墨方法进行废纸脱墨,纸浆得率较高,油墨脱除率达95%,同时脱墨浆白度可以达到78.6%ISO,残余油墨的含量降至82ppm,胶粘物含量降至92ppm,且本发明脱墨方法不使用有毒化学试剂,使用后不会对环境造成污染。
Claims (10)
1.一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于具体操作步骤为:
(1)将茶叶和水混合加热浸提,过滤得到滤液,将滤液离心分离得到上层液,并将上层液浓缩,得到浓缩液,将浓缩液和无水乙醇按质量比为1:4混合醇沉,过滤得到滤渣即为茶皂素,备用;
(2)将磁铁矿粉碎成磁铁矿颗粒并装入纱布袋中,再放入发酵罐底部,用活性污泥将纱布袋掩埋,再向发酵罐中加入沼气液,密封发酵;
(3)待上述发酵结束后,取出纱布袋中的磁铁矿颗粒平铺在地面,立即用液氮喷淋冷冻后粉碎,过100目筛得到多孔磁铁矿粉末,将所得多孔磁铁矿粉末和烤鸭油、丁香精油混合后再次放入发酵罐中密封发酵,发酵结束后取出发酵产物过滤分离得到滤渣,灭菌,得到改性多孔磁铁矿粉,备用;
(4)将待脱墨废纸和水混合后剪切匀浆,得到纸浆,再将纸浆加热煮沸,待煮沸后的纸浆冷却至25~30℃时,向冷却后的纸浆中加入纤维素酶,保温酶解3~5h;
(5)待上述酶解结束,向酶解产物中加入步骤(1)备用的茶皂素和步骤(3)备用的改性多孔磁铁矿粉,超声振荡,得到产物,再在超声振荡后的产物四周施加磁场,待吸附油墨的改性多孔磁铁矿粉完全沉底后将其去除,并将剩余的上层浆液回收利用,即可完成对废纸的脱墨处理。
2.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(1)中所述的茶叶和水的质量比为1:10,加热浸提温度为60~70℃,浸提时间为3~5h,所述的离心分离步骤为:将滤液移入离心机中,以3000~4000r/min转速离心处理15~20min,分离去除沉淀得到上层液,所述的浓缩液是将上层液浓缩至其原体积的1/3后得到,所述的醇沉温度为70~80℃,醇沉时间为2~3h。
3.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(2)中所述的磁铁矿颗粒粒径为3~5mm,所述的活性污泥为氨氮废水处理厂二沉池活性污泥,活性污泥添加量为磁铁矿颗粒质量的3~5倍,沼气液的添加量为磁铁矿颗粒质量的8~10倍,所述的发酵温度为35~45℃,发酵时间为30~40天。
4.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(3)中所述的多孔磁铁矿粉末和烤鸭油、丁香精油的质量比为2:5:1。
5.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(3)中所述的发酵温度为30~40℃,发酵时间为12~15天。
6.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(4)中所述的待脱墨废纸和水的质量比为1:100。
7.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(4)中所述的纤维素酶的加入量为纸浆质量的10%。
8.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(5)中所述的茶皂素添加量为纸浆质量的5%,改性多孔磁铁矿粉添加量为纸浆质量的10%。
9.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(5)中所述的超声振荡频率为40~60KHz,超声振荡时间为3~5h。
10.根据权利要求1所述的一种高脱除率的废纸脱墨方法,其特征在于:步骤(5)中所述的磁场的磁感应强度为2000~2500Gauss、磁力为1×106 Gauss2/cm。
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CN107938412A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-20 | 常州思宇环保材料科技有限公司 | 一种高效废纸脱墨装置及其应用方法 |
CN109457525A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-12 | 崔雪柯 | 一种纸浆回收方法 |
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CN109457525A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-12 | 崔雪柯 | 一种纸浆回收方法 |
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