CN114921992B - 一种生物酶处理的生物机械浆制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于造纸技术与新型材料领域，涉及一种生物酶处理的生物机械制备方法，利用农作物小麦的秸秆作为原料，先采用生物酶处理浸泡，调节pH至酶的最适pH，待麦草秸秆中溶出一部分木质素、半纤维素、胶质等物质后，进行对辊挤压，使秸秆达到分丝的状态，再次添加生物酶处理使秸秆进一步软化，对软化后的秸秆进行磨浆、筛浆等处理，从而达到生产的要求。

Description

一种生物酶处理的生物机械浆制备方法
技术领域
本发明属于造纸技术与新型材料领域，具体涉及一种生物酶处理的生物机械浆制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
小麦秸秆作为生物质资源的重要组成之一，近年来被广泛应用于各行各业。小麦秸秆可利用的潜力很大，利用小麦秸秆进行生物制浆对于节约资源、绿色生产有着重大的意义。造纸行业急需改革转型。
机械制浆以及化学制浆是制浆造纸行业中被普遍采用的两种制浆方式，两者往往结合使用。机械制浆的能耗较高，因此，人们一直需求能够有效降低能耗的制浆方法。此外，由于化学制浆过程中化学试剂的添加，导致自然界很多有毒物质的排放，这些有毒物质对于动物及人类的危害极大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种生物酶处理的生物机械浆制备方法。使用木聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、中性蛋白酶等预处理麦草，利用其降解作用对麦草中的木素、半纤维素进行一定脱除，达到降低机械磨浆过程中的能耗的目的，并避免了蒸煮预处理中的化学品的使用，不用高温蒸煮，减少污染及能耗，改善麦草浆成纸强度，减少制浆成本，并降低废液的污染负荷。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种生物酶处理的生物机械浆制备方法，包括：
将小麦秸秆在复合生物酶溶液中浸泡；
将浸泡后的小麦秸秆进行对辊挤压；
将对辊挤压后的小麦秸秆再次浸泡在复合生物酶溶液中；
将二次浸泡后的小麦秸秆进行高浓磨磨浆、消潜、筛浆、PFI磨浆，即得。
本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的生物机械浆。
生物酶制剂具有反应条件温和、反应效率高的优势，在制浆造纸行业中还可以达到节约资源、降低制浆能耗的目的。此外，生物制浆过程中酶的添加会在一定程度上增加纸浆的亮度，改善纸浆的强度性能。总之，利用酶制剂对制浆原料进行处理，反应过程简单可控，温度和pH值的变化不会对纤维素聚合度产生太大的影响，环境污染较低但生产成本相对较高，总体来说，投入生产的可能性更大。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的新型制浆方式以农业废弃物——小麦秸秆作为主要原料，对于生物质资源的循环利用有重要意义，利用木聚糖酶与果胶酶等联合处理，避免了化学试剂的使用，降低了制浆能耗；同时，取消了原料的蒸煮过程，在常温常压的条件下就能得到目标打浆度。
(2)相比于大多数生物酶制浆，本发明添加还了淀粉酶、中性蛋白酶。淀粉酶可以催化水解植物上的淀粉浆料，产品比酸法、减法更加温和，且不损伤纤维，可在低温条件下达到较好的退浆效果。中性蛋白酶可以把植物大分子蛋白质水解成小分子蛋白质以来更好的软化植物组织，脱胶使纤维结构更好的暴露出来。
同时本发明还采用了二次酶液浸泡，第一次旨在破坏秸秆表层结构，溶解脂质层，初步破坏纤维的结构，第二次在对辊挤压后添加酶液使酶液直接与纤维结构接触，从而将木素、半纤维素和纤维素实现分离，以便后续磨浆、筛浆及抄纸。
(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种生物酶处理的生物机械浆制备方法，包括：
(1)称取适量小麦秸秆加水浸泡洗涤，按液比1：10添加水，用柠檬酸调节pH到5放入水浴锅55℃再加入果胶酶、木聚糖酶、和淀粉酶、纤维素酶、中性蛋白酶等浸泡10h。
(2)将第一步浸泡的秸秆用对辊挤压挤压5-8次使秸秆分丝破坏表面的整体结使秸秆为长度均匀的2-3cm段。
(3)将对辊挤压后的秸秆再次加入调节pH后的酶液55℃水浴浸泡10h。
(4)浸泡10h的秸秆过高浓磨3000rpm分两段研磨第一段间隙为0.15mm，第二段间隙为0.05mm。
(5)高浓磨磨浆后消潜、筛浆。
(6)PFI磨浆，使打浆度到40±3°SR，抄纸。
以上为初步工艺流程。
在一些实施例中，所述小麦秸秆与复合生物酶溶液的固液比为1：8～10。
在一些实施例中，所述复合生物酶溶液的pH为5～5.5，温度为55～60℃。
在一些实施例中，所用酶制剂型号及其活力如表1所示
表1
Figure BDA0003674642830000041
在一些实施例中，浸泡的时间为10～12h。
在一些实施例中，用对辊挤压挤压5-8次，使秸秆为长度均匀的2-3cm段。
在一些实施例中，再次浸泡处理条件与首次浸泡时相同。
在一些实施例中，高浓磨的转速为3000～3500rpm，分两段研磨第一段间隙为0.15mm，第二段间隙为0.05mm。
在一些实施例中，PFI磨浆，使打浆度到40±3°SR。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例和对比例中，所用的酶制剂皆为果胶酶、木聚糖酶、和淀粉酶、纤维素酶、中性蛋白酶，具体用量如表1所示。
实施例1：
(1)将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，调节pH至酶的最适pH，添加1％果胶酶处理于55℃条件下浸泡10h；
(2)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(3)对辊挤压后的秸秆用1％酶制剂(相对于小麦秸秆)调节pH后55℃水浴处理10h；
(4)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(5)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(6)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
实施例2：
(1)将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，调节pH至酶的最适pH，添加2％果胶酶处理于55℃条件下浸泡10h；
(2)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(3)对辊挤压后的秸秆用2％酶制剂(相对于小麦秸秆)调节pH后55℃水浴处理10h；
(4)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(5)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(6)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例1：
(1)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(2)对辊挤压后的秸秆用1％酶制剂(相对于小麦秸秆)调节pH后55℃水浴处理10h；
(3)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(4)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(5)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例2
(1)将回收的小麦秸秆按照液比1∶10于55℃条件下浸泡10h；
(2)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(3)对辊挤压后的秸秆用1％酶制剂(相对于小麦秸秆)调节pH后55℃水浴处理10h；
(4)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(5)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(6)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例3
(1)将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，调节pH至酶的最适pH，添加2％果胶酶处理于55℃条件下浸泡10h；
(2)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(3)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(4)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(5)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例4
(1)将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，调节pH至酶的最适pH，添加1％果胶酶处理于55℃条件下浸泡10h；
(2)将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压为2-3㎝；
(3)对辊挤压后的秸秆于55℃水浴处理10h；
(4)对辊挤压酶处理后进行高浓墨3000rpm两端磨浆一段：0.5mm，二段：0.15mm。筛浆；
(5)磨完浆后进行消潜、筛浆；
(6)PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
实验数据如表2
表2
编号 抗张指数 环压指数
实施例1 18.867 6.955
实施例2 19.241 6.972
对比例1 9.247 5.383
对比例2 12.300 5.985
对比例3 11.317 5.896
对比例4 10.241 5.767
由表2的测试结果可知，采用了二次酶液浸泡，不仅实现了木素、半纤维素和纤维素的分离，降低了后续磨浆能耗，同时，纸张的强度性能也得到了有效提升。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征在于，包括：
将小麦秸秆在复合生物酶溶液中浸泡；
将浸泡后的小麦秸秆进行对辊挤压；
将对辊挤压后的小麦秸秆再次浸泡在复合生物酶溶液中；
将二次浸泡后的小麦秸秆进行高浓磨磨浆、消潜、筛浆、PFI磨浆，即得；
所述复合生物酶为果胶酶、木聚糖酶、淀粉酶、纤维素酶和中性蛋白酶组成的复合酶；
所述复合生物酶溶液的pH为5~5.5；
再次浸泡处理条件与首次浸泡时相同；
所述小麦秸秆与复合生物酶溶液的固液比为1：8~10；
所述复合生物酶溶液的温度为55~60℃；
浸泡的时间为10~12 h；
所述果胶酶的添加量为10ml/kg原料、木聚糖酶的添加量为10ml/kg原料、淀粉酶的添加量为2.5ml/kg原料、纤维素酶的添加量为5ml/kg原料和中性蛋白酶的添加量为2.5ml/kg原料。
2.如权利要求1所述的生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征在于，用对辊挤压机挤压5-8次，使秸秆为长度均匀的2-3cm段。
3.如权利要求1所述的生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征在于，高浓磨的转速为3000~3500rpm，分两段研磨第一段间隙为0.15mm，第二段间隙为0.05mm。
4.如权利要求1所述的生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征在于，PFI磨浆，使打浆度到40±3°SR。
5.权利要求1-4任一项所述的方法制备的生物机械浆。
6.如权利要求5所述的生物机械浆，其特征在于，所述生物机械浆在纸张生产中的应用。
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