專利名稱：從植物體中提取纖維的綠色工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分段式的從植物原料中高效、高收率提取纖維的綠色工藝。其流 程是先用石灰水(或電石渣水溶液)或稀堿液浸潤(rùn)或/和浸泡植物原料，再進(jìn)行蒸或煮，最 后打漿或爆破噴放、洗漿得到纖維。本發(fā)明還可以綜合開發(fā)利用木質(zhì)素和提取液，實(shí)現(xiàn)植物 體的全價(jià)開發(fā)。
背景技術(shù)：
纖維的最重要用途是造紙，紙是國(guó)民生產(chǎn)生活中的必需品。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)紙 與紙板的消費(fèi)量由1994年的2430萬噸增加到2004年的5440萬噸，占世界總消費(fèi)量的比例 由9. 1 %提高到13. 2%。2006年我國(guó)紙與紙板消費(fèi)總量為6600萬噸，進(jìn)口量3216萬噸，年 增長(zhǎng)率11. 3%位居世界第二位，僅次于美國(guó)。2008年全國(guó)紙及紙板消費(fèi)總量為7935萬噸， 人均年消費(fèi)量為60千克(13. 28億人)，進(jìn)口量358萬噸。2000 2008年，紙及紙板生產(chǎn) 量年均增長(zhǎng)12. 78%，消費(fèi)量年均增長(zhǎng)10. 48%。2008年比2000年生產(chǎn)量增長(zhǎng)161. 64%, 消費(fèi)量增長(zhǎng)121. 96%。，位居世界前列，近年來仍呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。纖維在另一個(gè)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域——水解合成葡萄糖再發(fā)酵成酒精或其他有機(jī)物， 作為化工原料和車用燃料等潛力巨大。因此，發(fā)明低成本、高收率的纖維清潔提取技術(shù)，著 眼于植物體的全價(jià)開發(fā)利用，具有巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益。石灰法造紙是我國(guó)古代的四大發(fā)明之一，其工藝流程為①切料--^②洗
滌--^③浸石灰水--^④蒸煮--^⑤舂搗--^⑥打漿--^⑦抄紙--^⑧曬
紙--^⑨揭紙。但由于石灰水浸泡工藝效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、纖維質(zhì)量差、耗水量大、難以大規(guī)
模生產(chǎn)，已被現(xiàn)有制漿工藝取代。燒堿法或硫酸鹽法是目前造紙工業(yè)普遍采用的方法，燒堿作為纖維提取過程中的 常用化工原料，在制漿原料蒸煮過程中可有效促進(jìn)纖維素與木質(zhì)素的堿解分離。在燒堿法 制漿過程中，燒堿的濃度為5% 15%，堿的添加量為制漿干料的17%左右；在硫酸鹽法制 漿中，不但大量耗堿，而且還需添加大量的硫化鈉、蒽醌等助劑。兩種工藝都存在著纖維得 率低、物耗能耗大、“三廢”嚴(yán)重的問題。造紙黑液中相當(dāng)量的木質(zhì)素、水解的纖維素、半纖維 素、蛋白質(zhì)、糖、單寧、核酸、鉀鹽等有用的物質(zhì)沒有被很好的利用而違規(guī)排放，雖現(xiàn)有大型 制漿廠通過濃縮、焚燒，苛化法回收套用堿，雖部分解決了制漿黑液的污染問題，但浪費(fèi)了 大量資源，且設(shè)備投資大、成本高、能耗大，同時(shí)產(chǎn)生含有二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二 噁英等廢氣和含有大量的木質(zhì)素、水解的纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、糖、單寧、核酸、鉀鹽等 的洗滌廢水以及夾帶大量殘堿、硫化堿、硅鋁酸鹽等以碳酸鈣為主的白泥廢渣等，導(dǎo)致了嚴(yán) 重的環(huán)境污染?，F(xiàn)有造紙工藝的原料，例如竹子、木材等纖維提取工藝一般是采取用10% 20% 的堿與硫化鈉混合，在液比為1 2.4條件下，升壓至0.510^(溫度約1 50°C)蒸煮4小時(shí) 左右再進(jìn)行磨漿、漂漿得到粗漿，通常用2 3噸的折干原料才能得到1噸纖維漿，總折百 耗堿量約為0. 67 0. 9噸。
以木材為原料的制漿工藝中，化工原料一般占其原料成本的20% 30%，燒堿是 主要成本構(gòu)成；而以植物秸稈等非木材為原料的制漿工藝中堿占其成本的40% 50%。大 量堿的使用會(huì)造成纖維素和木質(zhì)素的破壞，導(dǎo)致原材料消耗偏高，不但增加了制漿成本，也 產(chǎn)生了大量高濃度的制漿黑液。制漿黑液需消耗大量的酸才能回收木質(zhì)素，且產(chǎn)生大量H2S 等惡臭物質(zhì)，難以資源化利用。黑液中的木質(zhì)素也很難被微生物降解，高濃度的鈉離子和 S2_也不利于生化處理。曾有人將制漿黑液直接或濃縮作為肥料，但黑液中無機(jī)鹽含量高， 易造成土壤板結(jié)和鹽堿化，特別是大量鈉離子的存在會(huì)影響植物對(duì)鉀的吸收和植物的正常 生長(zhǎng)，因此作為肥料存在很大的問題，將制漿黑液酸化后提取木質(zhì)素，但由于大量的硫化物 和無機(jī)鹽的存在使得處理過程中臭味大，環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，如能用石灰(或電石渣)替 代常用的燒堿和硫化鈉，盡可能借用現(xiàn)有的制漿設(shè)備，低污染、高效率、高收率的獲得纖維， 并將纖維提取液作為生物營(yíng)養(yǎng)源廣泛利用，則意義重大。針對(duì)現(xiàn)有制漿工藝的不足，本發(fā)明人進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，造成 現(xiàn)有纖維提取工藝原料損耗大、纖維提取率低、質(zhì)量差、性能波動(dòng)大的最主要原因是堿過量 以及長(zhǎng)時(shí)間高溫蒸煮所造成的纖維、木質(zhì)素等有效成份的大量破壞。因此，如何有效降低用 堿量和堿濃度，避免使用硫化鈉、蒽醌等助劑，嘗試用石灰水(或電石渣水溶液)或低濃度 的燒堿溶液高收率獲取纖維，避免提取液中大量無機(jī)鹽對(duì)生物正常生長(zhǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)植物 體的全價(jià)開發(fā)和綜合利用是我們的主攻方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人通過長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)實(shí)驗(yàn)摸索，發(fā)明了一種分段式的用石灰(或電石渣) 替代燒堿或用少量的燒堿，從植物原料中高效、高收率提取纖維的綠色工藝。其流程是先用 石灰水(或電石渣水溶液)或稀堿液浸潤(rùn)或/和浸泡植物體，不使用硫化物、蒽醌等助劑， 再蒸或煮，最后打漿或爆破噴放、洗漿提取纖維。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)工藝制漿耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、規(guī)模小等缺點(diǎn)，可以充分的利用現(xiàn)有 制漿設(shè)備大規(guī)模、低成本、高效、高收率的獲得纖維，減輕了提取液中無機(jī)鈉鹽對(duì)生物生長(zhǎng) 的干擾，使提取液作為生物營(yíng)養(yǎng)源成為可能，實(shí)現(xiàn)植物體的全價(jià)開發(fā)和綜合利用的目標(biāo)。本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，造成現(xiàn)有纖維提取工藝原料損耗大、纖維提取率低、強(qiáng)度 差、性能波動(dòng)大的最主要原因是堿過量、過濃、堿性強(qiáng)、堿滲透和分布不均勻以及長(zhǎng)時(shí)間高 溫蒸煮，造成的纖維、木質(zhì)素等有效成份的大量溶解破壞。因此，克服上述弊端的較好的選 擇就是用石灰(或電石渣)替代燒堿或只用低濃度的燒堿預(yù)處理植物體。本發(fā)明人通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)探索以及對(duì)現(xiàn)有制漿工藝深入分析和研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有制漿 工藝采取將較濃的堿溶液和造紙?jiān)现苯踊旌祥L(zhǎng)時(shí)間高溫蒸煮的方式分離纖維，容易造成 堿液和制漿原料無法均勻混合，導(dǎo)致原料表面和局部堿液過濃，未使堿液充分滲透和擴(kuò)散， 體系就被迅速加熱到較高溫度，使得纖維素、木質(zhì)素及其它有機(jī)成份大量被破壞，造成纖維 和木質(zhì)素分解不完全，導(dǎo)致堿耗物耗偏高，黑液增多，纖維性能波動(dòng)大、得率低。一個(gè)合理的技術(shù)思路是利用石灰水(或電石渣水溶液)的堿性強(qiáng)度適中及氫氧化 鈣在室溫下溶解度比加熱狀況時(shí)更大的特點(diǎn)，先用石灰水(或電石渣水溶液)使造紙?jiān)?在常溫下充分的潤(rùn)濕或/和滲透，或用稀堿浸潤(rùn)或/和浸泡植物體，使堿均勻、充分、適量的 吸附和擴(kuò)散到植物體中，再通過蒸或煮，破壞木質(zhì)素與纖維素的結(jié)合，最后打漿或爆破噴放分離出纖維素和木質(zhì)素，而其它植物組分則留在提取液中，故其可作生物體的營(yíng)養(yǎng)液使用。 鈣法提取液中少量的鈣離子對(duì)生物的生長(zhǎng)是有益的，必要時(shí)可通二氧化碳或加碳酸氫銨等 形成沉淀析出。新工藝燒堿法提取液中鈉離子含量大幅降低，避免了硫化鈉、蒽醌等污染性 助劑的使用，提取液直接或通過膜分離去除大部分鈉離子后可作為生物營(yíng)養(yǎng)源使用，制成 液態(tài)或固態(tài)有機(jī)肥。根據(jù)上述創(chuàng)想，本發(fā)明人通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)探索和條件優(yōu)化，終于在各種制漿原料 中找到了實(shí)現(xiàn)上述創(chuàng)想的最佳工藝條件，達(dá)到了減少用堿量或用石灰(或電石渣)和廢棄 的秸稈開發(fā)高附加值的纖維、木質(zhì)素和生物營(yíng)養(yǎng)液的植物體全價(jià)開發(fā)的目的。本發(fā)明方法可以采用如下具體實(shí)施方案一種以非木材(可主要用鈣法制漿)或木材(燒堿法效率更高)為原料提取纖維 的綠色工藝，它包括如下步驟將原料和石灰(或折合相同氧化鈣量的電石渣)按100 8的投料比，常溫下在 適量的水中進(jìn)行預(yù)處理時(shí)間一定，然后在160°C左右直接蒸煮或?yàn)V出汽蒸，再取出打漿或直 接爆破噴放、洗漿、濾出得到粗纖維。浸泡液提取木質(zhì)素后可以再次套用打漿或直接作為生 物營(yíng)養(yǎng)源，打磨洗漿濾出液循環(huán)洗滌達(dá)到一定濃度的漂洗黑液可以進(jìn)一步提取木質(zhì)素，剩 下的液體可直接作為液態(tài)肥或制成固態(tài)有機(jī)肥。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，本發(fā)明工藝包括如下步驟將制漿原料浸泡于3 30倍(優(yōu)選10倍左右)重量的水。對(duì)鈣法而言，石灰(或 折合相同氧化鈣量的電石渣)的用量為干原料的5% 100%，優(yōu)選6% 20%，常溫下浸 潤(rùn)或/和浸泡0. 5 1000小時(shí)，優(yōu)選4 100小時(shí)；對(duì)新工藝燒堿法而言，燒堿的用量為原 料的5% 20%，優(yōu)選5% 18%，常溫下浸潤(rùn)或/和浸泡0. 5 100小時(shí)，優(yōu)選4 50小 時(shí)。(浸泡時(shí)，若增加攪拌操作或選擇熱浸泡，可明顯縮短浸泡時(shí)間。)將浸泡物料帶壓蒸 煮或?yàn)V出汽蒸，加熱溫度為100 180°C，優(yōu)選120 150°C，壓力為0. 1 0. 8MPa，優(yōu)選為 0. 19 0. 5Mpa，汽蒸或蒸煮時(shí)間為0. 5 7小時(shí)，優(yōu)選為1 4小時(shí)，然后取出置于清水或 前批漂洗黑液中打磨、清洗，即得到粗纖維。更優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，本發(fā)明工藝包括如下步驟將制漿原料浸泡于10倍左右重量的水，加入石灰(或折合相同氧化鈣量的電石 渣)的量為干料的為6% 20%，或加入氫氧化鈉的量為干料的5% 18%，在常溫下浸潤(rùn) 或/和浸泡5 30小時(shí)。(浸泡時(shí)，若增加攪拌操作，可明顯縮短浸泡時(shí)間。)浸泡原料帶 壓蒸煮或?yàn)V出汽蒸，加熱溫度為120 150°C，壓力為0. 19 0. 5Mpa，汽蒸加熱時(shí)間為1 4小時(shí)，然后取出置于清水或前批漂洗黑液中打磨、清洗，即得到粗纖維。在本發(fā)明中，石灰水(或電石渣水溶液)或稀堿溶液以剛好浸沒植物原料為佳，濾 出的浸泡液或蒸煮液套用于下一批原料浸泡處理時(shí)，根據(jù)需要補(bǔ)加的水和堿。浸泡液可多 次循環(huán)浸泡，或提取出木質(zhì)素后用于打漿或洗漿。在本發(fā)明工藝用于制漿工藝時(shí)，造紙?jiān)虾褪宜?或電石渣水溶液)或稀堿溶 液的液比以剛好浸沒為佳，根據(jù)工廠實(shí)際情況也可采用循環(huán)噴灑浸淋的方式(液比可以降 低)。對(duì)于鈣法制漿，根據(jù)制漿原料的不同，石灰(或折合相同氧化鈣量的電石渣)的用量 為干料的5% 100%，優(yōu)選6% 20%，常溫下浸潤(rùn)或/和浸泡0. 5 1000小時(shí)，優(yōu)選4 100小時(shí)。對(duì)于堿法制漿，根據(jù)原料的不同，燒堿的用量為干料的5% 20%，優(yōu)選為5% 18%，常溫下浸潤(rùn)或/和浸泡0. 5 100小時(shí)，優(yōu)選4 50小時(shí)。(浸泡時(shí)，若增加攪拌操 作或選擇熱浸泡，可明顯縮短浸泡時(shí)間。)浸泡物料直接帶壓蒸煮或?yàn)V出汽蒸，加熱溫度為 100 180°C，優(yōu)選為120 150°C，壓力為0. 1 0. 8MPa，優(yōu)選為0. 19 0. 5Mpa，進(jìn)行造紙 時(shí)，汽蒸或蒸煮后的原料，進(jìn)行打漿或爆破噴放、洗漿、選漿等操作。本發(fā)明工藝最適合使用的是非木材原料，例如植物秸稈(諸如小麥、水稻、玉米、 大豆、高粱、棉花等農(nóng)作物秸稈以及龍須草、甘蔗渣、蘆葦、椰殼等)，竹子等所有可用于制漿 的非木材原料，本發(fā)明工藝優(yōu)選小麥秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈、竹子、龍須草、甘蔗渣、蘆葦 和椰殼等。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過對(duì)浸泡液的重復(fù)利用，本發(fā)明工藝每噸纖維消耗的石灰(或折合 相同氧化鈣量的電石渣)的當(dāng)量?jī)H為現(xiàn)有工藝耗堿當(dāng)量的1/3 1/2，且不使用硫化物、蒽 醌等助劑。本發(fā)明工藝中每噸干秸稈只需要75Kg左右的石灰(或折合相同氧化鈣量的電 石渣)，粗漿得率在70%以上，細(xì)漿得率在60%左右，植物體中95%以上的纖維和木質(zhì)素被 提取。石灰水(或電石渣水溶液)或稀堿浸潤(rùn)或/和浸泡的預(yù)處理方法，可使堿液充分滲 透和擴(kuò)散到原料中，蒸或煮后的造紙?jiān)虾苋菀准铀蚰セ蛑苯颖茋姺懦蓾{。如果采取 的是汽蒸的方式分離纖維，則浸泡液可補(bǔ)加石灰(或電石渣)或燒堿后多次套用。打漿漂 洗液也可以反復(fù)數(shù)十次套用至較高濃度。由此很好的解決了原有造紙工業(yè)中黑液不能套 用、耗水量大、大量黑液難以處理的技術(shù)難題，且處理過程中臭味小，漂洗液顏色淺，簡(jiǎn)化了 漂白工藝。本發(fā)明提取液冷卻后可用很好的酸中和即可，也可直接作為有機(jī)肥，或提取木質(zhì) 素后再制成有機(jī)肥。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明中和后的提取液可直接作為無土栽培的營(yíng)養(yǎng)液和土培實(shí)驗(yàn) 的灌溉液，植物和藻類生長(zhǎng)良好，而同樣情況現(xiàn)有制漿工藝黑液中和后卻很難使植物存活， 證明石灰水(或電石渣水溶液)替代燒堿和直接用低濃度的燒堿且未添加硫化物的提取 液都是很好的生物養(yǎng)料，完全可能開發(fā)為植物全價(jià)營(yíng)養(yǎng)液或固態(tài)有機(jī)肥，可避免焚燒產(chǎn)生 大量二氧化碳、氮氧化物、二噁英等污染物，減少有機(jī)磷、有機(jī)氮、鉀等寶貴資源和能源的浪 費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。綜上所述，采用本發(fā)明方法制漿，不但可以大大降低投資和制漿的原料和能耗成 本，還可以大幅提高纖維得率，所得廢液可以作為肥料回施于莊稼等植物促進(jìn)其生長(zhǎng)，達(dá)到 節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)，植物全價(jià)利用的目的，可以形成很好的農(nóng)業(yè)工業(yè)化，工業(yè)農(nóng)業(yè)化的生 態(tài)產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。用本發(fā)明工藝制得的纖維，性價(jià)比是現(xiàn)有工藝無法比擬的，如用秸稈 每生產(chǎn)1噸紙漿不考慮木質(zhì)素和提取液的附加值，其成本僅為現(xiàn)有工藝成本的1/5 1/10。 提取液在提取高價(jià)值的木質(zhì)素后還可以作為肥料或用于產(chǎn)生沼氣，不但能減少處理黑液的 巨大成本以及處理過程中造成得大量污染，而且促進(jìn)了資源的合理與循環(huán)利用，可從中獲 取更好的收益，因此其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益不可估量。該分段式工藝的優(yōu)點(diǎn)是可用石灰水(或電石渣水溶液)浸泡或蒸煮植物體，不但 能大大節(jié)省堿量，降低加熱溫度，縮短加熱時(shí)間，高效、高收率獲取纖維，而且避免了使用硫 化物、蒽醌等高污染性助劑所帶來的二次污染。用稀堿同樣的方式處理也可以得到類似的 結(jié)果。這兩種方法的浸泡液、洗滌液都可以循環(huán)或/和交叉套用，進(jìn)而簡(jiǎn)便的獲得高濃度的 液態(tài)或固態(tài)有機(jī)肥。并且整個(gè)纖維提取和母液處理過程中臭味小，能耗低，用水量小，環(huán)境 友好。
總之，本發(fā)明工藝具有投資少、見效快、高效節(jié)能、清潔環(huán)保的特點(diǎn)，具有廣泛巨大 的推廣應(yīng)用價(jià)值，為生物質(zhì)的全價(jià)開發(fā)和綜合利用開辟了一條最有利用價(jià)值的新途徑。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可用下文中的非限定性實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。對(duì)照例1(龍須草制漿)將40g固體燒堿溶于700克水中，加入300g龍須草(水分10. 2% )，加入蒸煮鍋 中，密閉加熱升溫蒸煮。由室溫升溫至80°C，時(shí)間lh ；由80°C升溫至130°C，時(shí)間2h ； 130°C 保溫1.5h;由130°C升溫至168°C，時(shí)間lh ;168°C保溫2h。蒸煮結(jié)束后降溫泄壓，出料，蒸 煮料液除去黑液后進(jìn)行打漿、洗漿、過濾，在105°C下烘至恒重，得到135g粗纖維，纖維得率 為 50. 1%。一、鈣法制漿實(shí)施例1 (麥草制漿)試驗(yàn)一將0. 378g固體氧化鈣溶于150克水中，加入5g麥草(水分8. 3% )，常溫 下浸泡0. 5小時(shí)后，加入高壓釜中密閉加熱升溫蒸煮。由室溫升溫至150°C，時(shí)間lh ；150°C 保溫2h;蒸煮結(jié)束后降溫泄壓，出料，蒸煮料液直接進(jìn)行打漿、洗漿、過濾，在105°C下烘至 恒重，得到3. 42g粗纖維，粗纖維得率為74. 6%，經(jīng)40目篩子篩選后得篩渣0. 60g，篩渣率 為17. 5%，細(xì)漿得率為61. 5%。試驗(yàn)二 將0. 378g固體氧化鈣溶于150克水中，加入5g麥草(水分8.3% )，常 溫下浸泡24小時(shí)后，加入高壓釜中，密閉，加熱升溫蒸煮。由室溫升溫至150°C，時(shí)間lh; 150°C保溫2h ；蒸煮結(jié)束后降溫泄壓，出料，蒸煮料液直接進(jìn)行打漿、洗漿、過濾，在105°C下 烘至恒重，得到3. 8g粗纖維，粗纖維得率為82. 8 %，經(jīng)40目篩子篩選后得篩渣1. 0g,篩渣 率為26. 3%，細(xì)纖維得率為61.0%。實(shí)施例2 (竹子制漿)試驗(yàn)一用石灰水預(yù)浸泡竹子40小時(shí)，經(jīng)適當(dāng)研磨后再用NaOH溶液二次浸泡后， 再汽蒸打漿洗滌，得到粗漿。粗漿得率為70%，卡伯值為50. 51。試驗(yàn)二 用石灰水預(yù)浸泡竹子40小時(shí)，經(jīng)適當(dāng)研磨后再用石灰水二次浸泡40小 時(shí)，再用高壓鍋汽蒸，打漿洗滌，得到粗漿。粗漿得率為71.9%，卡伯值為58. 15。實(shí)施例3 (木材制漿)用60°C的石灰水預(yù)浸木材20小時(shí)，經(jīng)適當(dāng)研磨后在石灰水中浸泡20小時(shí)，再用高 壓釜(160°C)蒸煮4小時(shí)，最后打漿洗滌得到粗纖維，粗纖維得率為65.7%，纖維提取率在 95%以上。二、燒堿法制漿實(shí)施例1 (常溫?cái)嚢璧静葜茲{)將10g稻草(水分9% )在60°C的1. 5% NaOH溶液中攪拌浸泡12小時(shí)，濾出、打 漿、洗漿、過濾，得到6. 2g粗纖維，粗纖維得率為68. 1%。實(shí)施例2 (龍須草循環(huán)套用燒堿法制漿)試驗(yàn)一將300g龍須草(水分10. 2% )、在3000ml 1.0% NaOH溶液中常溫浸泡 6小時(shí)后濾出，在0. 19MPa，118°C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重，得到1 44g粗纖維，纖維得率為53.5%，纖維的提取率在95%以上。粗纖維打漿、 抄紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性能。紙張性能如下抗張指數(shù)38. 86 N.m/g，撕裂指數(shù) 15. 77mN. m2/g，耐破指數(shù) 4. 03kPaXm2/g,耐折度 49 次。試驗(yàn)二 將300g龍須草(水分10. 2% )于試驗(yàn)一中所剩的浸泡液約2500ml (殘 余堿含量約為0. 65% )補(bǔ)水補(bǔ)堿至3000ml 1. 0%的NaOH溶液中常溫浸泡6小時(shí)后濾出， 在0. 19MPa，118°C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重，得到 149. 4g粗纖維，纖維得率為55.5%。粗纖維打漿、抄紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性能。紙 張性能如下抗張指數(shù)37. 86N. m/g,撕裂指數(shù)14. 77mN. m2/g,耐破指數(shù)3. 93kPaXm2/g,耐折 度47次。試驗(yàn)三將300g龍須草(水分10. 2% )于試驗(yàn)二中所剩的浸泡液約2500ml (殘 余堿含量約為0. 6% )補(bǔ)水補(bǔ)堿至3000ml 1. 0%的NaOH溶液中常溫浸泡6小時(shí)后濾出，在 0. 19MPa, 118°C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重(約需10小 時(shí))，得到143g粗纖維，纖維得率為53. 1 %。粗纖維打漿、抄紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性 能。紙張性能如下抗張指數(shù)37. 66N. m/g,撕裂指數(shù)14. 57mN. m2/g，耐破指數(shù)3. 73kPaXm2/ g，耐折度46次。試驗(yàn)四常溫浸泡液套用 實(shí)施例3 (龍須草交叉循環(huán)套用燒堿法制漿)將300g龍須草(水分10. 2% )浸泡于提取液中(浸泡后的提取液大部分被干料 吸收，且其pH為6. 8 7. 2，大大簡(jiǎn)化了后處理過程)，再置于1.0% 3000mlNa0H溶液中浸 泡6小時(shí)，濾出在0. 19MPa，118°C條件下汽蒸2小時(shí)，打磨、洗漿得到150g粗纖維，粗纖維得 率為55.7%，纖維的提取率在95 %以上。本工藝打漿液、洗滌液或提取木質(zhì)素后的殘液可套用到前工段10次以上，直到洗 脫效果很差為止。中和后的黑液直接作為無土栽培的營(yíng)養(yǎng)液和土培實(shí)驗(yàn)的灌溉液，植物和 藻類生長(zhǎng)良好，同樣情況下現(xiàn)有造紙工藝黑液中和后卻很難使植物存活，證明耗堿量大為 降低和未添加硫化物的本發(fā)明工藝黑液是很好的養(yǎng)料，可開發(fā)為植物全價(jià)營(yíng)養(yǎng)液或固態(tài)有 機(jī)肥。實(shí)施例4 (麥草熱浸泡及循環(huán)套用燒堿法制漿)
試驗(yàn)一將15g麥草(水分8. 3% )在60°C的150ml 1. 0%的堿液中浸泡6小時(shí) 后濾出，在0. 19MPa, 118。C條件下汽蒸2小時(shí)，濾出打磨、洗漿，在105。C下烘至恒重，得到 8. 64g粗纖維，粗纖維得率為62. 8%，其中濾渣僅占2. 3% —2. 9%。試驗(yàn)二 將15g麥草(水分8. 3% )于試驗(yàn)一中所剩的浸泡液約86ml (殘余堿含 量約為0. 42% )補(bǔ)水補(bǔ)堿至150ml 1. 0%的NaOH溶液浸泡，在60°C的水浴中浸泡6小時(shí)后 濾出，在0. 19MPa, 118 °C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重，得 到8. 65g粗纖維，粗纖維得率為62. 9%，其中濾渣僅占2. 3% —6. 7%。試驗(yàn)三將15g麥草(水分8. 3% )于試驗(yàn)二中所剩的浸泡液約85ml (殘余堿含 量約為0. 48% )補(bǔ)水補(bǔ)堿至150ml 1. 0%的NaOH溶液浸泡，在60°C的水浴中浸泡6小時(shí)后 濾出，在0. 19MPa, 118°C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重，得 到9. 57g粗纖維，粗纖維得率為69.5%，其中濾渣占15% —22%。試驗(yàn)四將15g麥草(水分8. 3% )于試驗(yàn)三中所剩的浸泡液約86ml (殘余堿含 量約為0. 5% )補(bǔ)水補(bǔ)堿至150ml 1. 0%的NaOH溶液浸泡，在60°C的水浴中浸泡6小時(shí)后 濾出，在0. 19MPa, 118°C條件下汽蒸2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重，得 到9. 28g粗纖維，粗纖維得率為67.4%，其中濾渣占41%—54%。濾渣含量偏高，可不再套 用。浸泡后及循環(huán)洗滌的液體可加酸酸化提取淡黃色木質(zhì)素。打漿液、洗滌液或提取木質(zhì) 素后的殘液可以套用到前工段的洗滌10次以上，直到洗脫效果很差為止。實(shí)施實(shí)例4的相關(guān)數(shù)據(jù)總結(jié)如下 實(shí)施例5 (楠竹制漿)試驗(yàn)一將500g楠竹(水分13. )、在3500ml 2. 5% NaOH溶液中浸泡38小時(shí) 后濾出，在0. 19MPa，118°C條件下汽蒸3小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重 (約需10小時(shí))，得到273g粗纖維，纖維得率為62. 8%，纖維的提取率在95%以上。粗纖 維打漿、抄紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性能。紙張性能如下打漿度SR 50，卡伯值118. 5， 抗張指數(shù) /N m g-1 44. 8，撕裂指數(shù) /mN m2 g—1 7. 2，耐破指數(shù) /kPa m2 g—1 3. 0。試驗(yàn)二 將500g楠竹(水分13. )在3500ml 1. 5% NaOH溶液中浸泡8小時(shí)后 在0. 19MPa，118°C條件下蒸煮2小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重(約需10 小時(shí))，得到28lg粗纖維，纖維得率為64. 7%，纖維的提取率在95%以上。粗纖維打漿、抄紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性能。打漿度SR 47，卡伯值112. 3，抗張指數(shù)/N m g-1 46. 4， 撕裂指數(shù) /mN m2 g-1 6. 8，耐破指數(shù) /kPa m2 g—1 3. 1。實(shí)施例6 (木材制漿)將100g松木(已烘干)在NaOH溶液(30gNa0H、600ml水)常溫下浸泡6小時(shí)后， 在150 170°C條件下蒸煮3小時(shí)后取出打磨、洗漿、濾出，在105°C下烘至恒重(約需10 小時(shí))，得到47. 4g粗纖維，纖維得率為47. 4%，纖維的提取率在90%以上。粗纖維打漿、抄 紙成型等操作，最后檢測(cè)紙張性能。紙張性能如下打漿度SR 50，卡伯值98. 7，抗張指數(shù)/ N m g—1 52. 8，撕裂指數(shù) /mN m2 g—1 15. 2，耐破指數(shù) /kPa m2 g—1 3. 4。
權(quán)利要求
一種分段式的從植物原料中提取纖維的綠色工藝，該工藝包括如下步驟將植物原料用石灰水，或電石渣水溶液，或稀堿浸潤(rùn)或/和浸泡一定時(shí)間，再加壓蒸或煮，最后打磨或爆破噴放、洗漿得到纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其浸潤(rùn)或/和浸泡時(shí)間和堿濃度及堿量要求為將各種制漿原料浸潤(rùn)或/和浸泡于干料重量的5% 100%的石灰水中，在常溫或熱水 下浸泡1000小時(shí)以內(nèi)；或浸潤(rùn)或/和浸泡于0. 5 100倍重量的濃度低于20w/v%的稀堿 中，在常溫或熱水下浸泡浸泡100小時(shí)以內(nèi)，若浸泡過程中進(jìn)行攪拌或料液泵打循環(huán)，效果 更好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其蒸或煮的技術(shù)要求為將所述原料浸潤(rùn)或/和浸泡后的植物體濾出后加壓汽蒸或不過濾蒸煮，汽蒸或蒸煮溫 度為100°C 180°C，壓力為0. 1 0. 8MPa，時(shí)間為0. 5 7小時(shí)；長(zhǎng)時(shí)間浸泡后的植物體 可以直接打漿，省去蒸煮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中浸泡濾出液和打漿液或/和交叉套用于下一批原 料浸泡處理，打磨洗漿濾出的漂洗黑液經(jīng)中和提取木質(zhì)素，剩下的液體可作為打漿清洗液 套回浸泡或打漿工序，或作為植物、微生物和藻類等生物的營(yíng)養(yǎng)源循環(huán)利用，或制成液態(tài)肥 或固態(tài)有機(jī)養(yǎng)料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4之任一的工藝，其中所述的植物原料是竹子、植物秸稈小麥、 或水稻、或玉米、或大豆、或高粱、或棉花等農(nóng)作物秸稈、或龍須草、或甘蔗渣、或蘆葦、或椰冗等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分段式的從植物原料中高效、高收率提取纖維的綠色工藝。其流程是先用石灰水(或電石渣水溶液)或稀堿浸潤(rùn)或/和浸泡植物原料，再進(jìn)行蒸或煮，最后打漿或爆破噴放、洗漿得到纖維。本發(fā)明還可以綜合開發(fā)利用木質(zhì)素和提取液，實(shí)現(xiàn)植物體的全價(jià)開發(fā)。本工藝提取液可以作為植物、微生物和藻類等生物的營(yíng)養(yǎng)源循環(huán)利用，突破了綠色和生態(tài)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從生物質(zhì)獲得能源、新材料、生物營(yíng)養(yǎng)源等具有重大的理論和應(yīng)用價(jià)值，極其廣泛深遠(yuǎn)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。
文檔編號(hào)D21C11/04GK101899794SQ20091008501
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者萬鵬, 周鳴鳴, 孫瑞, 尹應(yīng)武, 張雙艷, 張玉娟, 張玲燕, 樊小林, 紀(jì)桂鵬, 茍朝英 申請(qǐng)人:北京英力和泓新材料技術(shù)有限公司