一種木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿制漿效果的方法，將非木材纖維原料進(jìn)行木聚糖酶預(yù)處理后再進(jìn)行氧堿制漿，木聚糖酶預(yù)處理條件為：液比為1:3~1:8，pH值為5.0~9.5，木聚糖酶的用量為每克絕干原料5IU~30IU木聚糖酶，處理時間為15min~280min，處理溫度為20~55℃，處理后的原料經(jīng)脫水或洗滌脫水后送入蒸煮器，采用氧堿蒸煮方法制備紙漿；在氧堿制漿過程中，在相同條件下用木聚糖酶預(yù)處理過的原料與用水預(yù)處理后的原料相比較：其細(xì)漿得率得率提高1~3個百分點，未漂漿白度提高2%ISO~5%ISO，堿耗降低2%~5%。
【專利說明】一種木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，其屬于制漿造紙【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，我國制漿造紙行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，紙和紙板的產(chǎn)量位居世界第一，但同時也是原料緊缺問題日趨嚴(yán)重，為了緩解我國的造紙原料嚴(yán)重不足現(xiàn)狀，尤其是木材原料緊張問題，大力發(fā)展非木材纖維原料制漿造紙顯得尤為重要，我國為農(nóng)業(yè)大國，年產(chǎn)大量農(nóng)業(yè)固體廢棄物，其中麥草、稻草、蔗渣等都是很好的造紙用纖維原料，以蔗渣為例，廣西、云南、廣東、福建等省是甘蔗的主要產(chǎn)區(qū)，作為制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品，每生產(chǎn)出It的蔗糖就會產(chǎn)生約It的蔗渣，蔗渣作為制糖業(yè)的副產(chǎn)物，來源集中，產(chǎn)量大，易于貯存和運輸，而蔗渣成分中纖維素為32 %?48 %、半纖維素19 %?24%、木質(zhì)素23 % —32 %、灰分約4%，可作為較好的造紙原料，非木材纖維原料常常采用燒堿法、燒堿-蒽醌法生產(chǎn)化學(xué)漿，但因其黑液粘度高、有機(jī)物含量低、硅含量高、熱值低等特點，難以進(jìn)行有效回收，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，為此，找到一種適合非木材纖維原料的清潔制漿方法尤為重要。
[0003]氧堿制漿所使用的藥劑為堿和氧氣，可以解決含硫制漿的廢氣污染問題；氧堿制漿黑液的黏度低，有利于非木材原料的堿回收；氧堿制漿具有制漿和漂白的雙重作用，所得紙漿白度高，可以大大降低后續(xù)漂白的藥品用量，伴隨著人們對環(huán)境的要求越來越嚴(yán)苛，氧堿制漿這種清潔紙漿制備方法必定成為非木材纖維原料制漿造紙發(fā)展的必然趨勢。
[0004]陳克利、孫兵等人，通過氧堿制漿前的清水、過程廢水或微生物處理改善原料特性，通過氧堿制漿過程中蒸煮溫度的降低、保護(hù)劑的加入提高氧堿制漿效果，但是，氧堿蒸煮過程中堿耗高的問題未考慮和涉及到，而氧堿蒸煮脫木素過程中，碳水化合物的剝皮反應(yīng)和氧化降解嚴(yán)重，使得氧堿制漿過程中的堿僅有40%-50%用于木素脫除，造成了堿的利用率低、堿耗大大增加的嚴(yán)重問題，有待于進(jìn)一步解決。
[0005]尤紀(jì)雪、詹懷宇、陳嘉川、趙健等人的研究表明，利用木聚糖酶處理紙漿，可以降低木聚糖對紙漿纖維化學(xué)漂白的影響，從而降低漂白藥劑的用量，降低漂白廢水污染，以及可以提高紙漿處理的速度，在制漿方面，雖然木聚糖酶預(yù)處理可以改善纖維的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)藥液滲透的作用，但主要應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械制漿的預(yù)處理中，在化學(xué)法制漿中的應(yīng)用和研究較少，特別是在木聚糖酶預(yù)處理對氧堿制漿及其堿耗方面的影響研究未見報道。
[0006]本發(fā)明采用木聚糖酶預(yù)處理非木材纖維原料，解決微生物預(yù)處理原料過程中選擇性差的問題，使原料中非造紙用碳水化合物選擇性溶出，降低氧堿制漿過程中因碳水化合物降解引起的堿耗高的問題，同時達(dá)到提高其氧堿制漿的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:(1)將纖維原料與水混合均勻，液比為1:3~1:8，用濃度為0.01moL/L~3moL/L稀堿和稀酸調(diào)節(jié)pH值，使pH值為5.0~9.5，然后加入木聚糖酶在201:~551:下反應(yīng)15111111~280111111，過濾后得到預(yù)處理纖維原料；
(2)將預(yù)處理后的纖維原料進(jìn)行脫水或進(jìn)行2~3段逆流洗滌后脫水，最后一段采用清水洗滌，洗滌脫水后的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水或洗滌脫水后的纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa^0.6MPa，將溫度升高到79°C~110°C，升溫時間為30mirTl00min，保溫時間為3(Tl80min，制漿條件為:NaOH的用量20%~28%，漿濃8%~15%，MgSO4 用量 0.1%~1.5%, Na2SiO3 用量 0.0%~1.5% ；
(4)蒸煮結(jié)束后，實施漿料的噴放，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮纖維原料進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。[0008]本發(fā)明所述木聚糖酶用量為每克絕干原料中加入51曠30IU木聚糖酶；
本發(fā)明所述木聚糖酶為市售木聚糖酶；
纖維原料為非木材纖維原料，如麥草、稻草、蔗渣、龍須草等；
本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明采用含纖維素酶(OIU/mL飛IU/m)較低的木聚糖酶，代替直接使用微生物，對原料進(jìn)行生物預(yù)處理，由于酶對底物反應(yīng)具有專一性、處理過程也比較容易控制、酶液與原料之間也易實現(xiàn)均勻混合，因而保證了生物預(yù)處理后原料的質(zhì)量及其均勻性；
(2)本發(fā)明采用木聚糖酶對原料進(jìn)行預(yù)處理后，縮短了生物預(yù)處理的時間，從幾天縮短到15mirTl80min，同時蒸煮化學(xué)藥品量降低2%~5%，有效減少了環(huán)境污染，制備的未漂漿具有較高的白度和良好的強(qiáng)度性能；
(3)本發(fā)明在進(jìn)行氧堿制漿前，首先用木聚糖酶進(jìn)行預(yù)處理，可以改善原料的制漿性質(zhì)，還可以使原料便得疏松多孔，利于后續(xù)化學(xué)藥品的滲透和蒸煮過程中木素降解產(chǎn)物的溶出，同時有利于后續(xù)氧堿制漿中堿耗的降低；
(4)本發(fā)明酶預(yù)處理液可以回用，酶預(yù)處理液中積累的低聚糖可進(jìn)行醇沉法回收。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
[0010]實施例1
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:3的比例將麥草與水混合均勻，用濃度為3.0mol/L的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值，使pH值為5.0，然后加入木聚糖酶在20°C下反應(yīng)280min，過濾后得到預(yù)處理麥草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料5IU木聚糖酶；
(2)將預(yù)處理后的麥草纖維原料進(jìn)行3段逆流洗滌后脫水，最后一段采用清水洗滌，洗滌脫水后的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水后的麥草纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa，將溫度升高到79°C，升溫時間為lOOmin，保溫時間為180min，制漿條件為:制漿條件為=NaOH的用量22%，漿濃8%，MgSO4用量0.1%，Na2SiO3用量1.5% ； (4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮麥草纖維原料進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0011]本實施例制備得到氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率48%，卡伯值20，白度53%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低3.1%。
[0012]實施例2
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:8將稻草與水混合均勻，用濃度為1.0mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，使PH值為9.5，然后加入木聚糖酶在55°C下反應(yīng)30min，過濾后得到預(yù)處理稻草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料用IOIU木聚糖酶；
(2)將預(yù)處理后的稻草纖維原料進(jìn)行脫水；
(3 )將脫水后的蔗渣放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.6MPa，將溫度升高到110°C，升溫時間為90min，保溫時間為30min，制漿條件為:NaOH 的用量 24%，漿濃 15%，MgSO4 用量 1.5% ;
(4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮稻草纖維原料進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0013]本實施例制備得到的氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率52%，卡伯值16，白度56%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低3.9%。
[0014]實施例3
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:4將蔗渣與水混合均勻，用0.0lmol/L濃度的稀硫酸調(diào)節(jié)pH值，使pH值為6.0，然后加入木聚糖酶在55°C下反應(yīng)15min，過濾后得到預(yù)處理蔗渣纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料用15IU木聚糖酶；
(2)將預(yù)處理后的蔗渣纖維原料進(jìn)行2段逆流洗滌后脫水，最后一段采用清水洗滌，洗滌脫水后的液體送入上一洗滌；
(3)將脫水后的蔗渣纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.5MPa，將溫度升高到95°C，升溫時間為40min，保溫時間為60min，制漿條件為=NaOH的用量23%，漿濃10%, MgSO4用量0.3%，Na2SiO3用量1.2% ；
(4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出
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口 o
[0015]本實施例制備得到的氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率60%，卡伯值14，白度65%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低4.9%。
[0016]實施例4
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(I)按液比為1:5將除髓后蔗渣與水混合均勻，用1.75mol/L濃度稀Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH值，使pH值為7.0，然后加入木聚糖酶在30°C下反應(yīng)200min，過濾后得到預(yù)處理蔗渣纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料用20IU木聚糖酶； (2)將預(yù)處理后的蔗渣纖維原料進(jìn)行脫水；
(3)將脫水后的蔗渣纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.5MPa，將溫度升高到90°C，升溫時間為65min，保溫時間為80min，制漿條件為=NaOH的用量24%，漿濃12%，MgSO4用量0.6%，Na2SiO3用量1.0% ；
(4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣纖維原料進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0017]本實施例制備得到的氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率65%，卡伯值15，白度62%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低3.6%。
[0018]實施例5
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:6將龍須草與水混合均勻，用0.75mol/L濃度的稀Mg (OH)2調(diào)節(jié)pH值，使PH值為8.0，然后加入木聚糖酶在35°C下反應(yīng)180min，過濾后得到預(yù)處理龍須草纖維原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料用25IU木聚糖酶；
(2)將預(yù)處理后的龍須草纖維原料進(jìn)行I段洗滌后脫水；
(3)將脫水后的龍須草纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.45MPa，將溫度升高到108°C，升溫時間為90min，保溫時間為120min，制漿條件為=NaOH的用量25%，漿濃13%，MgSO4用量0.9%，Na2SiO3用量0.8% ；
(4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮龍須草纖維原料進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
[0019]本實施例制備得到的氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率45%，卡伯值16，白度50%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低2.9%。
[0020]實施例6
本實施例所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿法制漿效果的方法，具體包括如下步驟:
(1)按液比為1:7將除髓后蔗渣原料與水混合均勻，用2.0mol/L濃度稀NaOH調(diào)節(jié)pH值，使pH值為9.0，然后加入木聚糖酶在40°C下反應(yīng)35min，過濾后得到預(yù)處理蔗渣原料，木聚糖酶的用量為每克絕干原料用30IU木聚糖酶；
(2)將預(yù)處理后的蔗渣原料進(jìn)行3段逆流洗滌后脫水，最后一段采用清水洗滌，洗滌脫水后的液體送入上一洗滌；
(3 )將脫水后的蔗渣放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.55MPa，將溫度升高到100°C，升溫時間為50min，保溫時間為150min，制漿條件為:NaOH 的用量 26%，漿濃 14%，MgSO4 用量 1.2%，Na2SiO3 用量 0.2% ；
(4)對步驟(3)得到的氧堿漿料實施噴放處理，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出
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[0021]本實施例制備得到的氧堿漿料質(zhì)量為:細(xì)漿得率58.5%，卡伯值12，白度65%IS0，較預(yù)處理采用清水比較，制漿過程中實際堿消耗量降低4.5%。
【權(quán)利要求】
1.一種木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿制漿效果的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將纖維原料與水混合均勻，液比為1:3~1:8，用濃度為0.01moL/LlmoL/L稀堿或稀酸調(diào)節(jié)pH值，使pH值為5.0~9.5，然后加入木聚糖酶在201:~551:下反應(yīng)15111111~280111111，過濾后得到預(yù)處理纖維原料； (2)將預(yù)處理后的纖維原料進(jìn)行脫水或進(jìn)行2~3段逆流洗滌后脫水，最后一段采用清水洗滌，洗滌脫水后的液體送入上一洗滌； (3)將脫水或洗滌脫水后的纖維原料放入蒸煮設(shè)備進(jìn)行氧堿制漿，在室溫下往蒸煮設(shè)備中通入氧氣，其中氧壓為0.3MPa^0.6MPa，將溫度升高到79 °C~11 (TC，升溫時間為30mirTl00min，保溫時間為3(Tl80min，制漿條件為:NaOH的用量20%~28%，漿濃8%~15%，MgSO4 用量 0.1%~1.5%, Na2SiO3 用量 0.0%~1.5% ； (4)蒸煮結(jié)束后，實施漿料的噴放，依傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行洗、選、篩，提取的黑液進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，漿渣回收重新混入待蒸煮蔗渣進(jìn)行蒸煮，良漿待漂或作為商品漿出售。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿制漿效果的方法，其特征在于:每克絕干原料中加入5IU-30IU木聚糖酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述木聚糖酶預(yù)處理提高氧堿制漿效果的方法，其特征在于:纖維原料為非木材纖維原料。
【文檔編號】D21C1/00GK103526623SQ201310526457
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】孫兵, 包麗, 劉玉新 申請人:昆明理工大學(xué)