CN106978747A - 一种高脱除率的废纸脱墨方法 - Google Patents

一种高脱除率的废纸脱墨方法 Download PDF

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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

一种高脱除率的废纸脱墨方法
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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