CN1616758A

CN1616758A - 生物制浆工艺

Info

Publication number: CN1616758A
Application number: CN 200310114935
Authority: CN
Inventors: 曹秀痕; 刘永红; 翟红; 刘向辉; 周彦魁; 赵彩凤; 周清
Original assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Current assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-05-18

Abstract

本发明公开了一种生物制浆方法，包括如下步骤：用聚木糖酶对棉纤维原料进行预处理以得到浆料；和对经过预处理的浆料进行碱－H₂O₂常压低温蒸漂。利用本发明的制浆方法，能够低成本地对原料进行除杂，并降低漂白化学药液的用量，提高纸浆质量。

Description

生物制浆工艺

技术领域

本发明涉及造纸领域，更具体地说，涉及一种造纸工艺中的制浆方法。

背景技术

国内外以棉纤维原料的制浆工艺一般采用以下两种方法，即：一是烧碱法蒸煮、次氯酸盐漂白制浆。二是碱-H₂O₂高温高压蒸漂一次完成制浆。这两种制浆工艺存在以下不足：

1.前者污染大、得率低、纤维受损严重；后者对原料要求较高，去除尘埃能力不足，当棉纤维原料含杂较大时，易出现白度和尘埃不易协调等问题。

2.由于采用高温高压制浆，降低了纤维强度。

3.这两种制浆工艺对设备要求较高。制浆设备必须能够满足压力的需要，且制浆能耗较大。

4.制浆过程采用一定压力，存在不安全因素。

目前，国内较先进的棉纤维原料制浆一般采用碱-H₂O₂蒸漂技术。在碱-H₂O₂蒸漂过程中，由于碱例如NaOH主要是对木素中的酚型α-芳基醚和α-烷基醚键发生碱化断裂反应，从而使木素大分子碎裂为小分子而溶出，但它对非酚型α-芳基醚、酚型和非酚型α-芳基醚联结的反应则受到较大的限制，因此，用碱(如NaOH)去除木素能力有限。另一方面，H₂O₂是一种较温和的氧化剂，它对木素结构的反应活性较低，故H₂O₂对木素的氧化脱色能力也相对较弱。所以，棉纤维原料蒸漂制浆时，对原料要求仍然较高，去除尘埃能力也较差。

中国专利CN86 102407B公开了一种能够解决污染的棉短绒制浆工艺。该工艺首先对棉短绒进行半浆打浆、筛选，将大部分杂质除去后，再利用碱性H₂O₂或碱性H₂O₂加氧气在70-100℃对纸浆进行化学处理，纸浆的纤维强度和收获率均有提高。

随着造纸工业的不断发展，生物技术在造纸工业中的应用也越来越重要。出现了利用聚木糖酶有利于脱木素的特性，将聚木糖酶用于木浆漂白的前处理工序的造纸方法，目的是降低漂白化学药液的用量，提高纸浆质量。例如，中国专利申请CN1069539A公开了一种漂白木质纤维原料的制浆方法，该方法包括用木聚糖酶对化学纸浆进行生物处理，然后用氯气和二氧化氯进行氯化作用，以降低化学消耗。但是，该方法存在如下缺点：废液环境污染负荷大，浆料的尘埃含量高，生产出来的纸张的质量也较差。

另外，已经有人提出了采用常压低温蒸漂工艺生产棉浆的方法。其主要特点是在常压低温蒸漂前，应用庞大的除杂系统对原料进行除杂，达到降低蒸漂能耗，改善纸浆物理性能的目的。但是，由于除杂系统非常繁杂，使得生产成本增加。

因此，本发明的目的是提供一种生物制浆工艺，其能够低成本地对原料进行除杂，并降低漂白化学药液的用量，提高纸浆质量。

发明内容

为了解决现有技术中的这些问题，本申请人经过研究发现，利用聚木糖酶对棉纤维原料进行预处理，然后进行较温和的碱-H₂O₂蒸漂处理就可得到高质量的棉浆。

由此，本发明提供了一种生物制浆工艺，包括如下步骤：

用聚木糖酶对棉纤维原料进行预处理以得到浆料；和

对经过预处理的浆料进行碱-H₂O₂常压低温蒸漂。

通过下面的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将更为清楚。

本发明中，除非特别指明，“％”是指“重量％”。

本发明中，用聚木糖酶对棉纤维原料所进行的预处理(以下简称“预处理”)的温度优选为50-70℃，更优选为50-60℃；预处理的pH值优选为6.5-7.5，更优选为7.0；预处理的浆浓优选为10-25％，更优选为15-20％；预处理的反应时间优选为0.5-2.5小时，更优选为1.5-2.0小时；预处理的聚木糖酶用量优选为500-5000AXU/kg绝干浆。

本申请中的AXU表示聚木糖酶的酶活单位，一个聚木糖酶单位定义为在标准条件下(PH9.0，50℃，反应时间30分钟)使染色RRB木聚糖释放一定量染色剂所需的酶量。

适用于本发明的聚木糖酶是一种由基因工程修饰过的、由芽孢杆菌经过深层发酵制成的酶制剂。它具有内切1，4-β-D木聚糖酶活性(E.C.3.2.1.8)，从而完全不具有纤维素酶活性。适用于本发明的聚木糖酶只要符合上述酶活要求，可以使用任何的聚木糖酶。本发明中使用的聚木糖酶可以商购，例如，诺维信公司的pulpzyme HC。

本发明中预处理用的浆料采用下述方法配制：根据生产需要的配比要求，将棉纤维原料加水、湿润剂、螯合剂、聚木糖酶，混合并浸透均匀后，按上述条件进行生物酶预处理。预处理时间结束后，聚木糖酶也就基本消耗完了。

本领域的普通技术人员能够理解，在上述配制过程中可以根据需要加入制浆工业中常用的各种添加剂。

作为适用于本发明的湿润剂，可以列举TC-1，其用量为0.05-0.1％。

作为适用于本发明的螯合剂，可以列举EDTA，其用量为0.1-0.2％。

适用于本发明的棉纤维原料要求含杂≤12％，木素≤4.0％，聚木糖1.0％-3.0％。经过公知的初步除杂处理而符合上述要求的棉纤维原料均可以用于本发明，其实例可以列举棉短绒或三级棉等。

本发明的预处理步骤可以在制浆工业通常使用的设备中进行，例如蒸球、蒸漂锅、或可通蒸汽的塔式漂白系统。

经过上述预处理的浆料不需其他处理，即可直接在预处理步骤使用的设备中再进行碱-H₂O₂常压低温蒸漂。

尽管不希望受到任何理论的束缚，但是申请人认为，经过上述预处理的浆料之所以能够进行常压低温蒸漂的原因如下。

棉纤维原料中的木素与部分聚木糖酶存在着化学键的联结，即存在着木素—聚木糖复合体(LCC)，以这种形式存在的木素难以漂白，而聚木糖酶使这些复合体中的聚木糖因触酶作用而水解(或部分水解)，使之水解成为小分子的D-木素和L-阿拉伯糖，在引起聚木糖链破坏的同时造成木素-碳水化合物连接断裂，打开了木素-木糖的化学键，使木素充分暴露出来，增加了药液与木素的接触，有利于漂白过程尘埃的有效去除。正是由于上述预处理步骤的存在，使碱-H₂O₂蒸漂在低温、常压下进行即可达到通常高温高压才能达到的除杂效果。

适用于本发明方法的碱-H₂O₂常压低温蒸漂步骤的碱，没有特别限制，但一般是氢氧化钠。

本发明方法的碱-H₂O₂常压低温蒸漂步骤的工艺条件完全能够由本领域普通技术人员确定，并可以按照现有技术中描述的方法进行。例如，将经过预处理的浆料在70-100℃、常压下蒸漂0.5-3.5小时，碱用量为1.0-6.0％，H₂O₂用量为1.0-6.0％。

根据本发明的一个优选实施方案，碱-H₂O₂常压低温蒸漂的操作条件如下：蒸漂温度优选为80-100℃；蒸漂浆浓优选为10-25％；碱和H₂O₂的用量可根据原料含杂情况在优选1.0-5.0％范围内调节；蒸漂时间优选为1-3小时。

本发明与现有技术相比具有如下突出优点：1.降低了废液环境污染负荷，即制浆废液的CODcr、BOD₅及色度值等指标大大降低。2.在达到相同白度要求的情况下，去除尘埃能力增强。3.纸浆质量明显提高，即纸浆聚合度、物理强度明显提高。4.制浆工艺对设备要求简单，省去了庞大的除杂系统，节约了设备、厂房等固定资产投资。

具体实施方式

下面列举实施例对本发明进行更具体的举例说明，但是本发明的保护范围并不受到这些实施例的任何限制。

实施例中涉及的各项性能的测试方法如下：

纸浆白度：依据GB8940.2-88测定。

纸浆尘埃度：依据GB10740-89测定。

纸浆聚合度：依据GB1548-89测定。

废液CODcr(即化学耗氧量)：采用重铬酸钾法测定。

废液BOD₅(即生物耗氧量)：采用稀释接种法测定。

废液色度值根据《水和废水监测分析方法》中的目视比色法测定。

实施例1：棉短绒生物制浆工艺

原料：棉短绒，含杂2.0-7.0％

将棉短绒2吨按浆浓10-25％加水8-20吨、2kg湿润剂TC-1(含量以100％计)、10kg螯合剂EDTA(含量以100％计)、聚木糖酶210⁶AXU(用量按1000AXU/kg绝干浆计)，混合并浸透均匀后，在50-70℃下作用1小时，然后，直接在上述预处理后的浆料中加入NaOH40kg(用量2.0％，含量以100％计，相对于绝干浆用量)、H₂O₂40kg(用量2.0％，含量以100％计，相对于绝干浆用量)，在80-100℃、常压下保温2小时进行蒸漂，蒸漂结束后，用水冲洗，直到pH达到中性。

经上述工艺制浆后，纸浆及废液测定结果如下：

·纸浆白度达到83-85度；

·纸浆尘埃度小于15mm²/500g；

·纸浆聚合度大于3000；

·废液CODcr小于60kg/吨浆；

·废液BOD₅小于20kg/吨浆；

·废液色度值小于150。

实施例2：三级棉生物制浆工艺

原料：三级棉，含杂2.0-5.0％

将三级棉2吨按浆浓10-25％加水8-20吨、2kg湿润剂TC-1(用量为0.1％，含量以100％计)、10kg螯合剂EDTA(用量为0.5％，含量以100％计)、聚木糖酶2 10⁶AXU-4 10⁶AXU(用量按1000-2000AXU/kg绝干浆计)，浸透均匀后，在50-70℃下作用1小时，然后直接在上述预处理后的浆料中加入NaOH 60kg(用量3.0％，含量以100％计，相对于绝干浆用量)、H₂O₂ 40kg(用量2.0％，含量以100％计，相对于绝干浆用量)，在80-100℃、常压下保温2小时进行蒸漂，蒸漂结束后用水冲洗，直到pH达到中性。

经上述工艺制浆后，纸浆及废液的测定结果如下：

·纸浆白度达到83-85度；

·纸浆尘埃度小于20mm²/500g；

·纸浆聚合度大于3200；

·废液CODcr小于60kg/吨浆；

·废液BOD₅小于20kg/吨浆；

·废液色度值小于150。

经过本发明的上述预处理—蒸漂处理的浆料，可以用于所有以棉纤维为原料的纸的后续制造工艺。

Claims

1.一种生物制浆方法，包括如下步骤：

用聚木糖酶对棉纤维原料进行预处理以得到浆料；和

对经过预处理的浆料进行碱-H₂O₂常压低温蒸漂。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述棉纤维原料是选自棉短绒和三级棉的至少一种。

3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述所述棉纤维原料的浓度为10-25％。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述预处理的温度为50-70℃。

5.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述预处理的反应时间为0.5-2.5小时。

6.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述预处理步骤中聚木糖酶的用量为500-5000AXU/kg绝干浆。

7.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述蒸漂的温度为80-100℃，蒸漂浆浓10-25％。

8.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述蒸漂中碱和H₂O₂的用量调节在1.0-5.0％范围。

9.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述蒸漂的时间为1.5-3.0小时，蒸漂压力为常压。