CN116144554A - 一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产中的应用 - Google Patents

一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产中的应用，属于造纸工艺技术领域，具体涉及一种生物润涨菌剂，包括地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌，短小芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌；一种生物消潜菌剂，包括地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌枯草亚种；以及生物润涨和生物消潜菌剂在秸秆制浆中的应用；本发明采用的生物润涨菌剂和生物消潜菌剂结合机械制浆法制浆造纸，所得造纸浆料的得浆率高，成纸白度高，抗张指数、环压指数，撕裂指数、耐破指数都有一定优势。

Description

一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产 中的应用
技术领域
本发明属于造纸工艺技术领域，具体涉及一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产中的应用。
背景技术
造纸行业作为关系国计民生的支柱产业对原料依存度高，近年来国内木浆造纸呈现的原料紧缺现象，使得成本低廉的草浆造纸备受关注，国内丰富的秸秆资源亟待被开发利用。
目前，传统的制浆方法主要为化学制浆法，而化学制浆法在制浆过程中产生大量含残余木质素和化学物质的废液，引发造纸污染问题。因此，解决或改善制浆造纸工业的废水污染，研制开发无污染或低污染制浆造纸的技术已经迫在眉睫。
木质素分散于纤维素周围，但二者通常没有直接的化学键连接。半纤维素贯穿于木质素和纤维素之间，起到连接二者的作用，进而形成非常牢固的木质素-半纤维素-纤维素网络结构，即木质纤维素阵列。该阵列的存在会造成机械制草浆得率低、机械强度差、白度低、易发黄氧化。
中国专利文献CN108442162A(申请号201810338110.7)公开了一种农作物秸秆生物制浆方法，是将切段后的农作物秸秆采用复合生物酶制剂进行生物酶一次处理，得到农作物秸秆粗浆，进行研磨分丝处理，得到农作物秸秆研磨浆，再进行微生物菌剂二次处理，得到农作物秸秆细浆，将农作物秸秆细浆进行漂白处理，得到造纸浆料；所述复合生物酶制剂包括木素过氧化物酶、木聚糖酶、漆酶、果胶酶和打浆酶，所述复合微生物菌剂包括厌氧芽孢杆菌、射脉菌、褐腐菌和多孔菌。
中国专利文献CN114921992A(申请号202210616865.5)公开了一种复合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，先采用复合生物酶处理浸泡，调节pH至酶的最适pH，待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，从而得到造纸浆料；所述复合生物酶制剂包括果胶酶、木聚糖酶、和淀粉酶、纤维素酶、中性蛋白酶。
中国专利文献CN114774303A(申请号：202210246052.1)公开了一种预处理草浆原料脱硅的微生物菌剂及其在草浆原料除硅制浆中的应用，针对草浆原料硅含量高导致的黑液碱回收硅干扰问题，采用微生物菌剂预处理方式降解秸秆的表皮部分，促进硅元素释放，在预处理阶段将草浆原料中的大部分硅除去，减少黑液中的硅含量，改善了传统制浆方法因黑液中硅含量过高而面临的硅干扰问题；所述微生物菌剂包括短小芽孢杆菌、蜡样芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌，与本发明所要解决的技术问题和产生的技术效果明显不同。
虽然生物制浆法是一种清洁环保的制浆工艺，但是生物分解使用的酶成本较高，重复利用率较低，且在生物分解中使用单一酶的分解效果不理想，需要使用复合酶制剂，进一步提高了生物制浆法的生产成本。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提出了一种生物机械法制备秸秆纤维素浆板的方法及在箱板纸生产中的应用。
本发明提供了一种采用生物润涨和生物消潜的秸秆机械浆制作浆板的方法。
本发明的秸秆制浆方法，在机械制浆之前先对原料进行生物润涨和生物消潜处理，显著减少过程废水与造纸黑液的排放，清洁环保。同时生物润涨和生物消潜处理在机械制浆后所得成纸性能优异，在机械强度等方面相较未经处理机械制浆有显著提升。
本发明的技术方案如下：
一种用于秸秆制浆的生物润涨菌剂，包括地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。
根据本发明优选的，所述生物润涨菌剂中的各菌种组成为：将地衣芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌菌液、短小芽孢杆菌菌液和蜡样芽孢杆菌菌液，以质量比(1～3):(1～3):(1～3):(1～3)复配得到。
进一步优选的，所述各菌菌液活菌数为1.0×109cfu/mL～1.0×1011cfu/mL。
根据本发明优选的，所述生物润涨菌剂，包括地衣芽孢杆菌CICC 10086，枯草芽孢杆菌CICC 10028，短小芽孢杆菌CICC 22395和蜡样芽孢杆菌CICC 10184。
上述生物润涨菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)菌种活化：取目标菌种分别接种于液体培养基中活化培养；
(2)扩大复配：将活化后的目标菌株扩大培养，将扩大培养后的菌液混合，按比例复配得到生物润涨菌剂。
根据本发明优选的，步骤(1)和步骤(2)中，所述液体培养基均为LB液体培养基。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述培养的条件为35～40℃、150 200rpm培养1～2天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养1～2天。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述培养的条件为35～40℃、150 200rpm培养2～4天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养2～4天。
一种用于秸秆制浆的生物消潜菌剂，包括地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)，枯草芽孢杆菌枯草亚种(Bacillus subtilis subsp.subtilis)。
根据本发明优选的，所述生物消潜菌剂中的各菌种组成为：将地衣芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液以质量比(1～3):(1～3)复配得到。
进一步优选的，所述各菌菌液活菌数为1.0×109cfu/mL～1.0×1011cfu/mL。
根据本发明优选的，所述生物消潜菌剂，包括地衣芽孢杆菌CICC 10086，枯草芽孢杆菌枯草亚种CICC 10085。
上述用于秸秆制浆的生物消潜菌剂的制备方法，包括如下步骤：
①菌种活化：取目标菌种分别接种于液体培养基中活化培养；
②扩大复配：将活化后的目标菌株扩大培养，将扩大培养后的菌液混合，按比例复配得到生物消潜菌剂。
根据本发明优选的，步骤①和步骤②中，所述液体培养基均为LB液体培养基。
根据本发明优选的，步骤①中，所述培养的条件为35～40℃、150-200rpm培养1～2天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养1～2天。
根据本发明优选的，步骤②中，所述培养的条件为35～40℃、150-200rpm培养2～4天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养2～4天。
上述生物润涨菌剂和生物消潜菌剂在秸秆制浆中的应用。
根据本发明优选的，利用生物润涨菌剂和生物消潜菌剂用于秸秆制浆造纸的方法，包括如下步骤：
Ⅰ挤压与清洗：将秸秆挤压、清洗、晾干后备用；
Ⅱ生物润涨：将晾干后的秸秆转移至润涨槽中，加入LB培养基，再加入生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨1～2天；将秸秆沥出后得到的制浆原料，加水搅拌，再经高浓磨浆机处理后进行机械法制浆，从而得到生物润涨粗浆；
Ⅲ生物消潜：在生物润涨粗浆中加入生物消潜菌剂，55℃～60℃水浴下保温6h～8h，进行生物消潜；
Ⅳ打浆：将生物消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
Ⅴ制浆板：将步骤Ⅳ制得的秸秆造纸浆料经浆板机抄造，得到浆板，所述秸秆浆的上网浓度为1.3％～2.0％；
Ⅵ浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加入LB培养基，再加入生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨1～2天；过滤后得到生物预处理浆料；
Ⅶ打浆抄纸：将生物预处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为80g/m2～100g/m2。
根据本发明优选的，步骤Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ中，所述生物润涨菌剂和生物消潜菌剂的加入量为液体体积的10％～15％。
根据本发明优选的，步骤Ⅱ中，所述润涨的条件为30～40℃润涨2～4天；进一步优选为37℃润涨2～3天。
有益效果
1、本发明提供了一种生物润涨菌剂，在秸秆的生物预处理中，各菌种间互利共生协同增效，共同促进纤维素、半纤维素和木质素的高效降解的同时，其他次级代谢产物可以有效抑制致病菌的生长，防止杂菌污染。
2、本发明提供了一种生物消潜菌剂，在秸秆浆的生物消潜中，各菌种间互利共生协同增效，提供了丰富的复合酶体系，大大缩短了消潜时间，共同促进纤维素和木质素进行分离以及抑制LCC结构的形成。
3、本发明采用的是生物润涨菌剂和生物消潜菌剂结合机械制浆法制浆造纸，所得造纸浆料的得浆率高，成纸白度高，抗张指数、环压指数，撕裂指数、耐破指数都有一定优势。在实际生产中不需要大规模改造机械制浆造纸生产车间及生产设备，只需在原有生产车间的基础上增加一个生物消潜车间，利用生产中产生的废蒸汽进行加热。该技术设计思路清晰，适应性和普遍性强，产业化推广程度高；利用生物润涨菌剂和生物消潜菌剂进行生物处理制浆，避免了传统造纸中大量化学制剂的使用，减少了传统制浆工艺中废水的排放，降低了企业的生产成本，技术先进，同时兼具环保性，符合国家节能减排战略。
附图说明
图1为制浆板以及箱板纸工艺流程图。
图2为实施例2和对比例2制备纸张的对比图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中使用的药品及试剂，若无特殊说明，则为已上市普通产品，实施例中未详加说明的内容，均按本领域现有技术。
实施例中涉及的微生物：
地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC 10086；
枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC 10028；
短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC22395；
蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC10184；
地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC 10084；
枯草芽孢杆菌枯草亚种(Bacillus subtilis subsp.subtilis)：购自中国工业微生物保藏管理中心，菌种编号：CICC 10085。
实施例中培养基的配制：(均为质量百分比)
LB培养基的成分如下：氯化钠1％，蛋白胨1％，酵母提取物0.5％，琼脂2％(液体培养基不加琼脂)。
实施例1
生物润涨菌剂中菌种组成的确定，具体如下：
(1)获取菌源：收集秸秆废弃物和耕地土壤样品，使用0.85％的生理盐水浸泡2-3天，使样品中微生物充分分散到液体环境中；
(2)富集培养：吸取一定体积步骤(1)的含菌液体转接到LB培养基(液体)中培养2-3天，培养温度为37℃，180rpm；
(3)稀释涂布：梯度稀释后吸取200μL稀释菌液均匀涂布到LB培养基(固体)上，培养1-2天，培养温度为37℃；
(4)液体转接：分别挑取单个不同菌落转接至LB培养基(液体)中，培养2-3天，培养温度为37℃，180rpm；
(5)划线纯化：将步骤(4)菌液划线至LB培养基(固体)上，培养1-2天，培养温度为37℃；
(6)液体扩培：将步骤(5)纯化培养的单菌落转接至LB培养基(液体)中，培养2-3天，培养温度为37℃，180rpm；
(7)甘油保菌：使用终浓度为30％的甘油进行存贮，-80℃保藏；
(8)送样鉴定，确定菌株名称；
(9)平板透明圈复筛：分别配制pH为7的纤维素酶定性平板、木聚糖酶定性平板、甘露聚糖酶定性平板、果胶酶定性平板、淀粉酶定性平板进行复筛，择优选择确定其中的地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌共四种菌组成生物润涨菌剂。
生物消潜菌剂中菌种组成的确定；
(1)获取菌源：收集秸秆腐熟物和耕地土壤样品，使用0.85％的生理盐水浸泡2-3天，使样品中微生物充分分散到液体环境中；
(2)富集培养：吸取一定体积步骤(1)的含菌液体转接到LB培养基(液体)中培养2-3天，培养温度为37℃，180rpm；
(3)稀释涂布：梯度稀释后吸取200μL稀释菌液均匀涂布到LB培养基(固体)上，培养1-2天，培养温度为37℃；
(4)液体转接：分别挑取单个不同菌落转接至LB培养基(液体)中，培养2-3天，培养温度为55℃，180rpm；
(5)划线纯化：将步骤(4)菌液划线至LB培养基(固体)上，培养1-2天，培养温度为55℃；
(6)液体扩培：将步骤(5)纯化培养的单菌落转接至LB培养基(液体)中，培养2-3天，培养温度为37℃，180rpm；
(7)甘油保菌：使用终浓度为30％的甘油进行存贮，-80℃保藏；
(8)送样鉴定，确定菌株名称；
(9)平板透明圈复筛：分别配制pH为7的纤维素酶定性平板、木聚糖酶定性平板、甘露聚糖酶定性平板、淀粉酶定性平板进行复筛，择优选择确定其中的地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌共两种菌组成生物消潜菌剂。
上述操作步骤未详细说明的，均按照本领域常规操作进行。本发明在确定了生物润涨和生物消潜菌剂的菌种组成之后，采用相同种属的现有菌种组成复合微生物预处理菌剂进行秸秆制浆生物预处理，制浆效果良好，说明使用本发明选择的现有菌种也可以实现相应的技术效果。其中，本发明实施例中使用的菌株为：地衣芽胞杆菌的菌种编号：CICC10086；短小芽孢杆菌的菌种编号：CICC 22395；枯草芽胞杆菌的菌种编号：CICC 10028；蜡样芽胞杆菌的菌种编号：CICC 10184；地衣芽胞杆菌的菌种编号：CICC 10084；枯草芽胞杆菌枯草亚种的菌种编号：CICC 10085；均购自中国工业微生物保藏管理中心。
实施例2
一种用于秸秆制浆的生物润涨菌剂，其制备方法步骤如下：
(1)菌种活化：取地衣芽孢杆菌CICC 10086、短小芽孢杆菌CICC 22395、枯草芽孢杆菌CICC 10028和蜡样芽孢杆菌CICC 10184分别接种于LB液体培养基中，37℃、180rpm活化培养1天；
(2)菌液培养：将步骤(1)活化培养后的菌液转移LB液体培养基中，接种量为培养基体积的10％，37℃、180rpm扩大培养1天，所得地衣芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，短小芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，枯草芽孢杆菌菌液的活菌数为2.0×109cfu/mL，蜡样芽胞杆菌菌液的活菌数为4.0×109cfu/mL；
(3)复配：将扩大培养后的地衣芽孢杆菌菌液、短小芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌菌液和蜡样芽孢杆菌菌液按照质量比为2:2:2:2复配，得到生物润涨菌剂。
一种用于秸秆制浆的生物消潜菌剂，其制备方法步骤如下：
(1)菌种活化：取地衣芽孢杆菌CICC 10084和枯草芽孢杆菌枯草亚种CICC 10085分别接种于LB液体培养基中，37℃、180rpm活化培养1天；
(2)菌液培养：将步骤(1)活化培养后的菌液转移LB液体培养基中，接种量为培养基体积的10％，37℃、180rpm扩大培养1天，所得地衣芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液的活菌数为2.0×109cfu/mL；
(3)复配：将扩大培养后的地衣芽孢杆菌菌液和枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液按照质量比为1:1复配，得到生物消潜菌剂。
将上述制备得到的生物润涨菌剂和生物消潜菌剂应用于制取秸秆纤维素浆板和箱板纸，制取流程如图1所示，具体步骤如下：
(1)挤压与清洗：将麦草秸秆使用螺旋挤压机进行挤压处理，对处理后的秸秆进行清洗，去除秸秆上的杂质，清洗后晒干；
(2)生物润涨：将晾干后的秸秆转移至润涨槽中，加入LB培养基，使秸秆全部浸润于培养基中，再加入培养基体积10％的生物润涨剂，混合均匀，浸润2天；
(3)机械磨浆：将润涨后的秸秆与水按体积比1：4混合，经高浓磨浆机处理后得到生物润涨粗浆；
(4)生物消潜：在生物润涨粗浆中加入10％体积的生物消潜菌剂，55℃水浴下保温6h，进行生物消潜；
(5)筛浆打浆：将生物消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
(6)制麦草浆板：所述秸秆浆经浆板机抄造，得到麦草浆板，所述秸秆浆的上网质量浓度为1.5％；
(7)浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加入LB培养基，浆板全部浸润于培养基中，再加入培养基体积10％的生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨2天；过滤后得到生物预处理浆料；
(8)打浆抄纸：将生物预处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为100g/m2。
实施例3
一种用于秸秆制浆的生物润涨菌剂，其制备方法步骤如下：
(1)菌种活化：取地衣芽孢杆菌CICC 10086、短小芽孢杆菌CICC 22395、枯草芽孢杆菌CICC 10028和蜡样芽孢杆菌CICC 10184分别接种于LB液体培养基中，37℃、180rpm活化培养1天；
(2)菌液培养：将步骤(1)活化培养后的菌液转移LB液体培养基中，接种量为培养基体积的10％，37℃、180rpm扩大培养1天，所得地衣芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，短小芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，枯草芽孢杆菌菌液的活菌数为2.0×109cfu/mL，蜡样芽胞杆菌菌液的活菌数为4.0×109cfu/mL；
(3)复配：将扩大培养后的地衣芽孢杆菌菌液、短小芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌菌液和蜡样芽孢杆菌菌液按照质量比为3:2:3:1复配，得到生物润涨菌剂。
一种用于秸秆制浆的生物消潜菌剂，其制备方法步骤如下：
(1)菌种活化：取地衣芽孢杆菌CICC 10084和枯草芽孢杆菌枯草亚种CICC 10085分别接种于LB液体培养基中，37℃、180rpm活化培养1天；
(2)菌液培养：将步骤(1)活化培养后的菌液转移LB液体培养基中，接种量为培养基体积的10％，37℃、180rpm扩大培养1天，所得地衣芽孢杆菌菌液的活菌数为3.0×109cfu/mL，枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液的活菌数为2.0×109cfu/mL；
(3)复配：将扩大培养后的地衣芽孢杆菌菌液和枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液按照质量比为1:1复配，得到生物消潜菌剂。
将上述制备得到的生物润涨菌剂和生物消潜菌剂应用于制取秸秆纤维素浆板和箱板纸，制取流程如图1所示，具体步骤如下：
(1)挤压与清洗：将麦草秸秆使用螺旋挤压机进行挤压处理，对处理后的秸秆进行清洗，去除秸秆上的杂质，清洗后晒干；
(2)生物润涨：将晾干后的秸秆转移至润涨槽中，加入LB培养基，使秸秆全部浸润于培养基中，再加入培养基体积10％生物润涨剂，混合均匀，浸润2天；
(3)机械磨浆：将润涨后的秸秆与水按体积比1：4混合，经高浓磨浆机处理后得到生物润涨粗浆；
(4)生物消潜：在生物润涨粗浆中加入10％体积的生物消潜菌剂，55℃水浴下保温6h；
(5)筛浆打浆：将生物消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
(6)制麦草浆板：所述秸秆浆经浆板机抄造，得到麦草浆板，所述秸秆浆的上网浓度为1.5％；
(7)浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加入LB培养基，浆板全部浸润于培养基中，再加入培养基体积10％的生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨2天；过滤后得到生物预处理浆料；
(8)打浆抄纸：将生物预处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为100g/m2。
对比例1
采用碱浸润涨法制备秸秆纤维素浆板和箱纸板，具体步骤如下：
(1)挤压与清洗：将麦草秸秆使用螺旋挤压机进行挤压处理，对处理后的秸秆进行清洗，去除秸秆上的杂质，清洗后晒干；
(2)碱浸润涨：将清洗后的秸秆转移至润涨槽中，加水浸润，以秸秆全部浸润于水中为宜，再加入氢氧化钠，氢氧化钠的加入量为麦草干重的5％，混合均匀，润涨2天；
(3)机械磨浆：将润涨后的秸秆与水按体积比1：4混合，经高浓磨浆机处理后得到秸秆粗浆；
(4)热水浴消潜：将粗浆80℃水浴保温2h；
(5)筛浆打浆：将热水浴消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
(6)制麦草浆板：所述秸秆浆经浆板机抄造，得到麦草浆板，所述秸秆浆的上网浓度为1.5％；
(7)浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加水浸润，以浆板全部浸润于水中为宜，混合均匀，润涨2天；
(8)打浆抄纸：将润涨处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为100g/m2。
对比例2
采用水浸润涨法制备秸秆纤维素浆板和箱板纸，具体步骤如下
(1)挤压与清洗：将麦草秸秆使用螺旋挤压机进行挤压处理，对处理后的秸秆进行清洗，去除秸秆上的杂质，清洗后晒干；
(2)水浸润涨：将清洗后的秸秆转移至润涨槽中，加水浸润，以秸秆全部浸润于水中为宜，混合均匀，润涨2天；
(3)机械磨浆：将润涨后的秸秆与水按体积比1：4混合，经高浓磨浆机处理后得到秸秆粗浆；
(4)热水浴消潜：将粗浆80℃水浴保温2h；
(5)筛浆打浆：将热水浴消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
(6)制麦草浆板：所述秸秆浆经浆板机抄造，得到麦草浆板，所述秸秆浆的上网浓度为1.5％。
(7)浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加水浸润，以浆板全部浸润于水中为宜，混合均匀，润涨2天；
(8)打浆抄纸：将润涨处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为100g/m2。
对比例3
与实施例2的不同之处在于，生物润涨菌剂中枯草芽孢杆菌为CICC 20607，其他均相同。
对比例4
与实施例2的不同之处在于，生物润涨菌剂中地衣芽孢杆菌为CICC 10101，其他均相同。
对比例5
与实施例2的不同之处在于，生物润涨菌剂中短小芽孢杆菌为CICC 20730，其他均相同。
对比例6
与实施例2的不同之处在于，生物润涨菌剂中蜡样芽孢杆菌为CICC 10185，其他均相同。
对比例7
与实施例2的不同之处在于，生物消潜菌剂中地衣芽孢杆菌为CICC 10037，其他均相同。
对比例8
与实施例2的不同之处在于，生物消潜菌剂中枯草芽胞杆菌枯草亚种为CICC10073，其他均相同。
效果例
对本发明实施例和对比例所得秸秆造纸浆料和成纸分别进行得浆率、白度和所制得纸张的抗张、环压、撕裂和耐破指数检测。
其中，得浆率的计算公式：得浆率(％)＝m1/m，m1为秸秆造纸浆料干重，m为原料干重；
白度以及纸张的抗张、环压、撕裂和耐破指数分别使用白度测定仪、卧式纸张抗张强度测试仪、环压强度测试仪、撕裂度测试仪、卧式纸张抗张强度测试仪检测，检测结果如下表1所示。
表1.本发明的实施例和对比例制得的纸浆及纸张性能
Figure BDA0004108984570000111
由实施例2-3可以看出，本发明提供的生物润涨菌剂和生物消潜菌剂对秸秆进行生物处理，所得造纸浆料的得浆率高于50％，成纸白度高于30％，抗张指数大于24.50N·m/g，环压指数高于10.50N·m/g，撕裂指数大于1.10mN·m2/g，耐破指数大于3.00kPa·m2/g，效果较好。表明本发明提供的复生物润涨菌剂和生物消潜制浆的方法在得浆率和白度上满足需求，所制成纸张的机械性能也较优异。
由对比例1可知，通过对比本发明的微生物处理机械制浆法(实施例2)，化学润涨和热水消潜所得的纸浆及纸张性能均低于生物润涨和生物消潜所得的效果，且避免了大量化学制剂的使用，具有绿色、无毒、可降解的优良特性。
由对比例2可知，通过对比本发明的微生物处理机械制浆法(实施例2)，传统水润涨和热水消潜所得的纸浆及纸张性能均低于生物润涨和生物消潜所得的效果，并且可提高设备使用寿命，图2为实施例2和对比例2制备纸张的对比图，由图2的显示结果，可以得出经过微生物处理的纸张粗糙程度明显低于未经处理的纸张，并且白度明显高于未经处理的纸张。
由对比例3～8可知，改变生物润涨菌剂和生物消潜菌剂中的菌种种类会削弱各菌种协同作用，所得的纸浆及纸张性能均低于本发明技术方案菌种处理后性能，秸秆的制浆效果变差。
本发明生物润涨菌剂和生物消潜菌剂的加入量是在综合考虑菌剂的使用与降解效率基础上，发现上述范围的加入量，既可以节省菌剂的使用量，处理时间适中，降解效果适宜，虽然增加加入量可以加快降解，但是成本也比较高。
本发明采用的生物润涨菌剂和生物消潜菌剂结合机械制浆法制浆造纸，所得造纸浆料的得浆率高，成纸白度高，抗张指数、环压指数，撕裂指数、耐破指数都有一定优势；生物润涨菌剂和生物消潜菌剂的微生物组成起到了一定的协同作用，且避免了大量化学制剂的使用，具有绿色、无毒、可降解的优良特性。

Claims (10)

1.一种用于秸秆制浆的生物润涨菌剂，其特征在于，包括地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌，短小芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌。
2.如权利要求1所述的生物润涨菌剂，其特征在于，所述生物润涨菌剂中的各菌种组成为：将地衣芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌菌液、短小芽孢杆菌菌液和蜡样芽孢杆菌菌液，以质量比(1～3):(1～3):(1～3):(1～3)复配得到；
优选的，所述各菌菌液活菌数为1.0×109cfu/mL～1.0×1011cfu/mL；
优选的，所述生物润涨菌剂，包括地衣芽孢杆菌CICC 10086，枯草芽孢杆菌CICC10028，短小芽孢杆菌CICC 22395和蜡样芽孢杆菌CICC 10184。
3.权利要求1-2任一项所述生物润涨菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)菌种活化：取目标菌种分别接种于液体培养基中活化培养；
(2)扩大复配：将活化后的目标菌株扩大培养，将扩大培养后的菌液混合，按比例复配得到生物润涨菌剂。
4.如权利要求3所的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述液体培养基均为LB液体培养基；
优选的，步骤(1)中，所述培养的条件为35～40℃、150 200rpm培养1～2天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养1～2天；
优选的，步骤(2)中，所述培养的条件为35～40℃、150 200rpm培养2～4天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养2～4天。
5.一种用于秸秆制浆的生物消潜菌剂，其特征在于，包括地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌枯草亚种。
6.如权利要求5所述的生物消潜菌剂，其特征在于，所述生物消潜菌剂中的各菌种组成为：将地衣芽孢杆菌菌液、枯草芽孢杆菌枯草亚种菌液以质量比(1～3):(1～3)复配得到；
优选的，所述各菌菌液活菌数为1.0×109cfu/mL～1.0×1011cfu/mL；
优选的，所述生物消潜菌剂，包括地衣芽孢杆菌CICC 10086，枯草芽孢杆菌枯草亚种CICC 10085。
7.权利要求5-6任一项所述生物消潜菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①菌种活化：取目标菌种分别接种于液体培养基中活化培养；
②扩大复配：将活化后的目标菌株扩大培养，将扩大培养后的菌液混合，按比例复配得到生物消潜菌剂。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤①和步骤②中，所述液体培养基均为LB液体培养基；
优选的，步骤①中，所述培养的条件为35～40℃、150-200rpm培养1～2天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养1～2天；
优选的，步骤②中，所述培养的条件为35～40℃、150-200rpm培养2～4天；进一步优选为37℃、150～180rpm培养2～4天。
9.权利要求1-2任一项所述的生物润涨菌剂和权利要求5-6任一项所述的生物消潜菌剂在秸秆制浆中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，利用生物润涨菌剂和生物消潜菌剂用于秸秆制浆造纸的方法，包括如下步骤：
Ⅰ挤压与清洗：将秸秆挤压、清洗、晾干后备用；
Ⅱ生物润涨：将晾干后的秸秆转移至润涨槽中，加入LB培养基，再加入生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨1～2天；将秸秆沥出后得到的制浆原料，加水搅拌，再经高浓磨浆机处理后进行机械法制浆，从而得到生物润涨粗浆；
Ⅲ生物消潜：在生物润涨粗浆中加入生物消潜菌剂，55℃～60℃水浴下保温6h～8h，进行生物消潜；
Ⅳ打浆：将生物消潜后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2°SR停止打浆，得到秸秆造纸浆料；
Ⅴ制浆板：将步骤Ⅳ制得的秸秆造纸浆料经浆板机抄造，得到浆板，所述秸秆浆的上网浓度为1.3％～2.0％；
Ⅵ浆板润涨：将绝干浆板置于润涨槽中，加入LB培养基，再加入生物润涨菌剂，混合均匀，浸泡润涨1～2天；过滤后得到生物预处理浆料；
Ⅶ打浆抄纸：将生物预处理浆料铺入打浆机进行打浆，打浆度在78±2°SR停止打浆，经纤维解离器处理后，经抄纸机抄造，得到箱板纸，所述纸张定量为80g/m2～100g/m2；
优选的，步骤Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ中，所述生物润涨菌剂和生物消潜菌剂的加入量为液体体积的10％～15％；
优选的，步骤Ⅱ中，所述润涨的条件为30～40℃润涨2～4天；进一步优选为37℃润涨2～3天。
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