CN109537352B - Zyx预浸催化植物纤维成浆的催化剂及应用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制浆造纸领域，特别涉及一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂及应用工艺，本发明所用催化剂环保高效，包括无水硫酸钠、氢氧化钠、十二烷基磺酸钠、纤维素酶、纤维软化降解剂、防腐剂等，应用此催化剂的制浆工艺，不加温、不浸泡、不排水，让原料自然催化升温软化，制出的纤维浆料纤维长短均匀，强度高，韧性好；废液不仅排出量少，PH值低，而且可二次回收利用，同时也避免了二次回用药效的钝化，环保高效成本低，为清洁制浆的典范。

Description

ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂及应用工艺

技术领域

本发明涉及制浆造纸领域，特别涉及一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂及应用工艺。

背景技术

造纸工艺中最为重要的环节为制浆环节，传统的制浆工艺一直沿袭药物浸泡、高温蒸煮、打浆、洗浆、筛选、挤干等工序。随着环保要求的日趋严格，传统的制浆工艺弊端越来越明显。传统的制浆工艺主要有四种：爆破法制浆、蒸煮法制浆、冷浸法制浆、喷淋法制浆。爆破法制浆以中压1.6MPa左右的压力，加压至特制的爆破罐十三分钟左右瞬间喷放，借此将罐中的原料爆出成浆，此法的最大特点是用水少，成浆快，不足之处是须借用高温高压，火候不好掌控，如喷放时间短了，不能爆开成浆，又易堵塞出料管，若喷放时间长了，原料极易糊化碳化，而且成浆只能做低档次的纸品，因而推广的范围小，价值不大；蒸煮法制浆采用蒸煮螺旋、蒸煮罐、蒸煮仓等常压高温设施，将浸过药液的原料置入其中，通入0.5MPa左右的蒸汽蒸煮2―3小时，达到成浆目的，其优点是成浆快，缺点是需要锅炉加温，增大环保污染选项，同时蒸煮出来的浆较生硬，产生高COD（Chemical Oxygen Demand，化学需氧量）黑液，污水难以处理，更谈不上有效回用；冷浸法制浆利用地下浸泡池，注入足量的药液，将原料倒入池中浸泡48小时左右，再捞出来磨浆，挤干成浆，其优点是不需要加热设备，最大的不足是用药浪费大，而且难以回用，因为若回用次数多了，药液会发生钝化作用，导致药液药效下降，污水处理难度大，PH值高，COD值大；喷淋法制浆利用地上池，将原料堆入池中，然后用专用药泵往复喷淋原料，以此软化原料，然后再逐一磨浆，挤干成型，较之冷浸法，此方式最大限度节省药剂，虽然用药减少，但易出现原料浸药不均，导致成浆生熟不一，严重影响成浆质量。

中国专利名称为：清洁制浆催化剂及其应用工艺，公告号为：1216203C，公开了一种制浆催化剂及制浆工艺，由于该专利技术采用加热药液至80℃左右，再用加热药液浸泡原料的方式，导致成浆后残碱含量非常高，加剧后续洗浆的压力及用水量的加大。同时，原料长期高温药液浸泡而不是预浸，原料中不必要的有害成分大部分溶出，导致成品及废液中有害成分含量很高，浆料品质特别是成品的各项强度下降，时间一长，成品浆料易发霉变青变臭，散发出难闻的酸腐味，挤出的污水发黑发粘，严重影响浆料在纸厂中的正常使用，增大纸厂水处理负荷。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂及应用工艺。

本发明ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂，各组分质量比为：无水硫酸钠3～6%；氢氧化钠0.8～1.2%；十二烷基磺酸钠1～2%；纤维素酶0.3～0.5%；纤维软化降解剂0.2～0.4%；防腐剂0.04～0.08%；其余为水。

优选的，所述无水硫酸钠为工业无水硫酸钠。

优选的，所述氢氧化钠为工业级氢氧化钠。

本发明还包括一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂应用工艺，包括如下步骤：

（1）备料除尘：将原料均匀切碎并除尘，原料为植物纤维原料；

（2）预浸催化：将切碎除尘好的原料载入料仓并均匀分散原料，去除原料中的杂质，然后将除杂好的原料连续均匀进入螺旋预浸器，原料与螺旋预浸器内的上述的本发明的催化剂按质量比1:1充分搅拌混合，然后进入浸渍槽与复配液充分浸渍，浸渍好的原料经螺旋脱液机滤出多余的药液，然后将预浸好的原料均匀分送至催化反应池内，原料在催化反应池内常温自然堆放发酵反应2～3天软化均匀；所述复配液为用经过处理后达标的废液配置的催化剂，复配液与本发明的催化剂中各组分及各组分质量比均相同；

（3）搓磨分丝：将软化好的原料搓磨疏解分丝帚化，得到纤维制品；

（4）废液净化处理：产生的废液选用平流式溶气气浮机处理，加注质量浓度0.3%的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液、质量浓度10%的聚合氯化铝水溶液、质量浓度12%的硅藻土水溶液处理废液，处理后达标的废液用于配制步骤（2）中的复配液，少量残渣沉淀作固废定期处理。

其中，在步骤（3）中，得到的纤维制品的干度达到35～40%。

本发明的有益效果为：

一、本发明颠覆传统制浆的用药浸泡或高温蒸煮等工艺，利用高效环保的催化剂，对原料进行预浸，对原料不加温，借助催化剂催化力，让原料自然升温酵化软化，使得原料的纤维素、半纤维素和木质素得到最大限度软化，制出的纤维浆料纤维长短均匀，强度高，韧性好。

二、采用了二道预浸方式，原态催化剂进行第一道预浸，复配液进行第二道浸渍，既让原料充分与催化剂混合，又不过度用药，避免浪费，减轻后续废液处理的环保压力，并且在最大限度上避免回用药液多次循环使用后的钝化作用，克服了传统浸泡法过度饱和用药导致的废液多，浆料残碱高，含量大等缺点，又避免了传统喷淋法用药不均，导致纤维生熟不一，质量不稳的弊端。

三、本发明工艺环保且成本低，排出的废液PH值小（小于9）和COD值低（5000mg/L以下），大大减轻了环保废液的水处理压力，可作为清洁制浆的典范。

四、本发明纤维成品很好的保护了植物纤维的有效长度，同时处理方式主要以软化、帚化、搓丝为主，因而纤维强度高、韧性好、适用性强，可广泛适用在纤维人造板，纸质家具，餐具，工业地膜，建筑模板，商品模具上作主要原料成分；用于皮革、纺织行业作必需的有机填料；用于农用地膜纸作增强原料；用于造纸行业抄造超高强瓦楞纸，牛皮挂面纸以及各类特种需求的纸种，用此纤维浆料作原料掺兑可使成品各项物理指标大幅提升。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明的催化剂用于催化植物纤维成浆，ZYX为主要发明人郑咏喜的名字首字母，因为本发明的催化剂和工艺属于自创和首创，因此催化剂及应用工艺以其名字命名。

本发明ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂，各组分质量比为：无水硫酸钠3～6%；氢氧化钠0.8～1.2%；十二烷基磺酸钠1～2%；纤维素酶0.3～0.5%；纤维软化降解剂0.2～0.4%；防腐剂0.04～0.08%；其余为水。为达到效果最佳，本实施例优选的无水硫酸钠为工业无水硫酸钠，氢氧化钠为工业级氢氧化钠。

其中，工业无水硫酸钠在催化剂中作为活性剂及软化剂；由于植物纤维原料中除含纤维素、半纤维素外，还有一部分非纤维素，如木质素、树胶等，加入适量的氢氧化钠可将非纤维素成功降解分离，确保纤维原料成浆；十二烷基磺酸钠作为高效渗透剂，在常温常压下，可使催化剂快速渗透到植物纤维中，加速纤维原料的降解软化；纤维素酶可将植物细胞壁破坏并将纤维素软化，在分解纤维素时起到生物催化作用；纤维软化降解剂其主要功效是对植物纤维中所含的纤维素、半纤维素、木质素进行快速催化降解，达到软化目的；防腐剂作用为杀菌、防霉，现有的造纸用防腐剂均可以。

本发明还包括一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂应用工艺，包括如下步骤：

（1）备料除尘

将原料均匀切碎并除尘，原料为植物纤维原料，依据所处理的原料不同选用相应的原料处理设施进行处理，一般有切草机、切片机、粉丝机、粉碎机等可选择，比如秸秆类（稻草、麦草、芦苇、狗尾草等）可用切草机及配套的除尘净化系统，目前各种植物纤维原料均有对应的处理设施，这里不再赘述。这里备料除尘的要点是所切出的原料均匀、细化、无粉尘，为后续处理打下基础。

（2）预浸催化

将切碎除尘好的原料载入料仓并均匀分散原料，去除原料中的杂质，主要去除原料中混入的铁屑、螺杆等金属杂质，然后让除杂好的原料连续、均匀进入螺旋预浸器，让原料与上述的本发明的催化剂按质量比1:1的比例在螺旋预浸器内充分搅拌混合，然后让搅拌混合后的原料进入浸渍槽与复配液充分浸渍，这里所述的复配液为用步骤（4）中经过处理后达标的废液配制的催化剂，复配液与上述本发明的催化剂中各组分及各组分质量比均相同。本步骤中将原生态的催化剂与二次回收配制的复配液分开分段与纤维原料混合浸渍，采用了二道预浸的方式，先将原料与原生态的催化剂在螺旋预浸器中进行搅拌混合，然后再将其与复配液在浸渍槽中再次混合浸渍，避免了二次回用或多次循环回用后催化剂药效的钝化，解决了困扰制浆造纸行业多年的催化剂回用的难题，同时也完全避免了传统喷淋法用药不均，导致纤维生熟不一，质量不稳的弊端。将上述浸渍好的原料经螺旋脱液机滤出多余的药液，然后将预浸好的原料均匀分送至催化反应池内，原料在催化反应池内常温自然堆放，进行发酵反应2～3天，直至软化均匀。原料在催化反应池内自然发热升温软化，一般72小时左右原料堆内温度可达82℃左右，升温均匀，软化好的原料运送至下一道工序，为下一步磨浆、搓丝、帚化提供良好的条件。

（3）搓磨分丝

将步骤（2）软化好的原料搓磨疏解分丝帚化，得到纤维制品。根据不同的原料以及成品纤维不同档次的质量要求，将软化好的原料进一步搓磨疏解分丝帚化，以达到市场需求的纤维制品。上述搓磨疏解分丝帚化为现有常规工艺，这里不再赘述。经过一系列处理后，纤维制品的干度达到35～40%。

（4）废液净化处理

产生的废液选用平流式溶气气浮机处理，在平流式溶气气浮机内加注适用于处理生料纤维废液的助剂，本实施例的处理生料纤维废液的助剂为：质量浓度0.3%的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液、质量浓度10%的聚合氯化铝水溶液、质量浓度12%的硅藻土水溶液，其中，阴离子型聚丙烯酰胺水溶液作为絮凝剂，聚合氯化铝水溶液作为沉淀剂，硅藻土水溶液作为吸附剂，用此来处理废液，加入上述组分量的大小和比例根据处理的原料具体选择，与现有传统的废液处理方法一样，处理后达标的废液用于配制步骤（2）中的复配液，少量残渣沉淀作固废定期处理，少部分可用作有机农肥。

应用本发明催化剂的制浆工艺相比传统制浆工艺投资、成本大大降低，本发明工艺方法对纤维有限软化分丝，作用机理是软化木质素，而传统制浆工艺作用机理是脱除木质素，因而本发明不用过度浸泡蒸煮，所得纤维溶出物少，得浆率高，传统的制浆工艺得浆率在65%-80%之间，本发明的得浆率在90%以上，较传统的制浆工艺得浆率提高20%以上。

本发明的制浆工艺在节能降耗方面同样具有显著的优势，本发明的制浆工艺较传统制浆工艺大大降低了用水量。如下表1所示，表1列出了应用本发明的制浆工艺与传统制浆工艺在制造每吨浆用水量上的对比数据：

表1 传统制浆工艺与本发明制浆工艺用水量比较

本发明制浆工艺制作的纤维成品质量得到显著提升，由于植物原料为原生态纤维，依本发明技术处理后得到的纤维成品更好的保护了纤维本身的强度和韧性，因而呈现出优质的特性，特别是在用于高强瓦楞纸的抄造中，只要掺兑15-30%本发明工艺制作的纤维成品，可显著提升成纸的环压强度，纤维成品的其他物理特性优于用国废抄造的成纸，此纤维浆料可部分代替进口浆板。下面表2为在华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室测试的对比数据，用麦草作为原料应用本发明的制浆工艺制作的麦草生料浆与国废浆的各个参数对比数据如下：

表2 本发明制作的麦草生料浆与国废浆的参数对比

本发明生产过程中采用了环保高效的特殊催化剂，没有加热，原料溶出物少，废液量约为纤维成品总量的2%左右，量少且废液PH值小于9，COD控制在5000mg/L以下，因而废液易处理，处理后的废液可全部循环回用，真正做到了环保无污染，为真正意义上的清洁制浆。制作的纤维浆料可广泛用于纤维板厂、造纸企业、皮革纺织加填、纸品家具、餐具、工业模具、建筑用模、商品包装、农用地膜加工等行业，使得资源综合利用，清洁卫生环保。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂，其特征在于：所述催化剂中各组分质量比为：无水硫酸钠3～6%；氢氧化钠0.8～1.2%；十二烷基磺酸钠1～2%；纤维素酶0.3～0.5%；纤维软化降解剂0.2～0.4%；防腐剂0.04～0.08%；其余为水。

2.根据权利要求1所述的ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂，其特征在于：所述无水硫酸钠为工业无水硫酸钠。

3.根据权利要求1所述的ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂，其特征在于：所述氢氧化钠为工业级氢氧化钠。

4.一种ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂应用工艺，包括如下步骤：

（1）备料除尘：将原料均匀切碎并除尘，原料为植物纤维原料；

（2）预浸催化：将切碎除尘好的原料载入料仓并均匀分散原料，去除原料中的杂质，然后将除杂好的原料连续均匀进入螺旋预浸器，原料与螺旋预浸器内的权利要求1或2或3所述的催化剂按质量比1:1充分搅拌混合，然后进入浸渍槽与复配液充分浸渍，浸渍好的原料经螺旋脱液机滤出多余的药液，然后将预浸好的原料均匀分送至催化反应池内，然后原料在催化反应池内常温自然堆放发酵反应2～3天软化均匀；所述复配液为用经过处理后达标的废液配置的催化剂，复配液与权利要求1或2或3所述的催化剂中各组分及各组分质量比均相同；

（3）搓磨分丝：将软化好的原料搓磨疏解分丝帚化，得到纤维制品；

（4）废液净化处理：产生的废液选用平流式溶气气浮机处理，加注质量浓度0.3%的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液、质量浓度10%的聚合氯化铝水溶液、质量浓度12%的硅藻土水溶液处理废液，处理后达标的废液用于配制步骤（2）中的复配液，少量残渣沉淀作固废定期处理。

5.根据权利要求1所述的ZYX预浸催化植物纤维成浆的催化剂应用工艺，其特征在于：在步骤（3）中，得到的纤维制品的干度达到35～40%。