CN112431052A - 玉米秸秆超声波制浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玉米秸秆超声波制浆方法，属于制浆造纸技术领域。该技术方案通过超声波和机械加工的方法，在玉秸秆皮瓤不分离的情况下提取玉米秸秆纤维作原料，在控制秸秆粒度、常温水浸泡时间、纤维提取机工作转数等条件的基础上，利用超声波空化作用和机械作用共同作用于纤维，进行润张和帚化。本发明有别于传统制浆方法对纤维的切断，能够克服细小纤维留着率差等缺陷。此外，本发明的黑液产生量少，基本能达到零排放的标准，洗涤用水可以循环使用，充分达到了环保的要求。本发明扩展了玉米秸秆的资源化利用方法，所制得的纸浆品质高，而且黑液产生量少，对环境友好无污染。

Description

玉米秸秆超声波制浆方法
技术领域
本发明涉及制浆造纸技术领域，具体涉及一种玉米秸秆超声波制浆方法。
背景技术
我国农作物秸秆资源非常丰富，许多被作为废弃物焚烧，既浪费了资源也污染了环境。2018年开始，我国政府下令严禁在田间地头焚烧秸秆等农作物，在这种形势下，如果能针对农作物秸秆开发资源化的利用方法，则有望降低农民生产生活负担，并提供额外的经济附加值。
玉米秸秆，是玉米植株在收获果穗后剩余的部分，主要包括茎、叶片、叶鞘、雄穗等，含有大量的纤维素和碳水化合物以及少量的蛋白质和脂肪。目前，除焚烧之外，玉米秸秆还可用于堆沤还田、作为饲料或栽培基质、制备纤维素乙醇等；利用玉米秸秆进行造纸是一种有潜力的资源化利用方法，尽管玉米秸秆的纤维含量较高，从成分上看可以作为制浆造纸的原材料，但由于其节点较多、含有过多的灰份，且表皮较硬、化学蒸煮不利于药液的浸透，因此制出的纸浆质量普遍不理想，成纸很难达到标准。
此外，传统化学制浆、半化学制浆、机械制浆等制浆方法，会产生大量黑液，不仅具有污染性而且处理难度较大。因此，在利用玉米秸秆进行制浆造纸的过程中，如何减少黑液的产生，也是有待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种玉米秸秆超声波制浆方法，以解决玉米秸秆的资源化利用途径有待扩展的技术问题。
本发明要解决的另一技术问题是，利用玉米秸秆进行制浆造纸，所得纸浆及成纸的品质有待提升。
本发明要解决的再一技术问题是，在利用玉米秸秆进行制浆造纸的过程中，如何减少黑液的产生和排放。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
玉米秸秆超声波制浆方法，玉米秸秆经浸泡和预处理后，依次经喂料器、高浓磨、喂料器、超声波反应器、循环泵处理，而后再浓缩、洗涤制成成品。
作为优选，所述浸泡的时长为24h。
作为优选，工作温度为30～35℃。
作为优选，所述超声波反应器包括发生器、换能器、反应器。
作为优选，该方法包括以下步骤：将秸秆用机械进行分段处理至长度4～5cm，加入至浸泡器，浸泡器里加生石灰，再加水至和原料一平，浸泡时间24小时；然后用喂料器送入高浓磨中进行粗磨浆，浆料再由喂料器送至超声波反应器，超声处理；而后循环泵送到圆网浓缩机进行缩水使浆的浓度达到2.5％以上，再由泵送到洗浆器中进行洗涤，至白度38。
作为优选，在所述超声处理的过程中，利用循环泵驱动浆料反复进出超声波反应器。
在以上技术方案中，超声波把集中的声场能量，在极短的时间和极小的空间释放出来，使介质的局部形成几百到几千K的高温和超过几百个大气压的高压环境，并产生很大的冲击力，起到激烈的搅拌作用。使纤维润张帚化，纤维保持原有的强度，性能良好，增加抗张指数3.4N·M/G。
本发明提供了一种玉米秸秆超声波制浆方法。该技术方案以玉米秸秆为主要资源，利用超声波原理，在不添任何化学品的情况下制作出合格的造纸用浆，为解决农作物秸秆废弃污染提供了一种有效途径。本发明通过超声波和机械加工的方法，在玉秸秆皮瓤不分离的情况下提取玉米秸秆纤维作原料，在控制秸秆粒度、常温水浸泡时间、纤维提取机工作转数等条件的基础上，利用超声波空化作用和机械作用共同作用于纤维，进行润张和帚化。本发明有别于传统制浆方法对纤维的切断，能够克服细小纤维留着率差等缺陷。此外，本发明的黑液产生量少，基本能达到零排放的标准，洗涤用水可以循环使用(例如可用于原料的浸泡)，充分达到了环保的要求。本发明扩展了玉米秸秆的资源化利用方法，对增加农民收入具有积极意义；同时，所制得的纸浆品质高，以其抄造的纸张全面达到使用标准；而且，本发明黑液产生量少，对环境友好无污染。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
玉米秸秆超声波制浆方法，包括秸秆的浸泡、预处理、喂料器、高浓磨、喂料器、超声波反应器(超声波反应器由发生器、换能器、反应容器三大部分组成)、循环泵。又经过浓缩、洗涤设备制成浆料，可获得纤维得率高于80％。初始叩解度大于11.5SR，秸秆颗粒4～6CM，浸泡时间24小时，工作温度30～35℃。
其具体操作步骤如下：将秸秆用机械进行分段处理长度4～5cm，浸泡器里加上少量的生石灰，再加水至和原料一平。浸泡时间24小时然后用喂料器送入高浓磨中进行粗磨浆，浆料在由由喂料器送至超声波反应器(反应器由发生器、换能器、反应器三部分组成)，因浆料在超声波反应器里的时间过短达不到我们想要的效果，所以在由循环泵送到超声波喂料器之前的管路中进行反复进出直到物理指标合格。循环泵送到圆网浓缩机进行缩水使浆的浓度达到2.5％以上，再由泵送到洗浆器中进行洗涤。白度38，至此制粗浆完成。
在以上工艺中，超声波把集中的声场能量,在极短的时间和极小的空间释放出来，使介质的局部形成几百到几千K的高温和超过几百个大气压的高压环境，并产生很大的冲击力，祈祷激烈的搅拌作用。使纤维润张帚化，纤维保持原有的强度，性能良好，增加抗张指数3.4N·M/G。
利用以上方法分别制备三次纸浆，并采用常规造纸方法制得成品纸，而后检测纸张性能如下：
表1纸张性能检测结果
名称 克重g 叩解度SR 浓度％ 送厚度cm<sup>2</sup>/g 耐破kpa m<sup>2</sup>/g 抗张KN
试验1 37 11.58 2.5 3.75 1.0 15
试验2 45 14 2.8 3.9 1.15 17.5
试验3 55 16.5 2.7 3.95 1.17 18
以上实验数据表明，本发明利用超声波制作玉米秸秆纤维浆的方法切实可行。
实施例2
玉米秸秆超声波制浆方法：玉米秸秆经浸泡和预处理后，依次经喂料器、高浓磨、喂料器、超声波反应器、循环泵处理，而后再浓缩、洗涤制成成品。其中，所述浸泡的时长为24h。工作温度为30～35℃。所述超声波反应器包括发生器、换能器、反应器。
该方法包括以下步骤：将秸秆用机械进行分段处理至长度4～5cm，加入至浸泡器，浸泡器里加生石灰，再加水至和原料一平，浸泡时间24小时；然后用喂料器送入高浓磨中进行粗磨浆，浆料再由喂料器送至超声波反应器，超声处理；而后循环泵送到圆网浓缩机进行缩水使浆的浓度达到2.5％以上，再由泵送到洗浆器中进行洗涤，至白度38。在所述超声处理的过程中，利用循环泵驱动浆料反复进出超声波反应器。
实施例3
玉米秸秆超声波制浆方法：玉米秸秆经浸泡和预处理后，依次经喂料器、高浓磨、喂料器、超声波反应器、循环泵处理，而后再浓缩、洗涤制成成品。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，玉米秸秆经浸泡和预处理后，依次经喂料器、高浓磨、喂料器、超声波反应器、循环泵处理，而后再浓缩、洗涤制成成品。
2.根据权利要求1所述的玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，所述浸泡的时长为24h。
3.根据权利要求1所述的玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，工作温度为30～35℃。
4.根据权利要求1所述的玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，所述超声波反应器包括发生器、换能器、反应器。
5.根据权利要求1所述的玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将秸秆用机械进行分段处理至长度4～5cm，加入至浸泡器，浸泡器里加生石灰，再加水至和原料一平，浸泡时间24小时；然后用喂料器送入高浓磨中进行粗磨浆，浆料再由喂料器送至超声波反应器，超声处理；而后循环泵送到圆网浓缩机进行缩水使浆的浓度达到2.5％以上，再由泵送到洗浆器中进行洗涤，至白度38。
6.根据权利要求5所述的玉米秸秆超声波制浆方法，其特征在于，在所述超声处理的过程中，利用循环泵驱动浆料反复进出超声波反应器。
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