專(zhuān)利名稱(chēng):一種生物催解法制紙漿工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制紙漿工藝，特別是涉及一種生物制漿工藝。具體地，本發(fā)明是利用一種復(fù)合生物催解劑對(duì)制漿原料進(jìn)行生物催解以制取漿料的。
背景技術(shù)：
化學(xué)法制漿周期短、生產(chǎn)規(guī)模大、原料適應(yīng)性強(qiáng)，適于現(xiàn)代化生產(chǎn)。因此，目前的造紙生產(chǎn)方式大部分還是以化學(xué)法為主。其中又以堿法制漿和含氯漂白最為常見(jiàn)，即在加熱、加壓下用燒堿蒸煮造紙?jiān)?，使原料中的木質(zhì)素、多糖、果膠、蛋白質(zhì)等復(fù)雜成份溶解在燒堿液中，與纖維素分離而得到紙漿纖維；采用氯氣、次氯酸鹽、二氧化氯等進(jìn)行漂白得到漂白紙漿?；瘜W(xué)法制漿的明顯缺點(diǎn)是藥品消耗及能耗高，在制漿和漂白過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的造紙黑液和含氯廢水，廢水具有極高的COD和BOD負(fù)荷，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不僅耗水量大，而且污染十分嚴(yán)重。因此，消除污染、減少水耗一直是造紙行業(yè)亟待解決的首要問(wèn)題。
200610042014、200610044632號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)分別公開(kāi)了禾本科植物和木質(zhì)類(lèi)原料的冷浸機(jī)械制漿工藝，上述專(zhuān)利申請(qǐng)是將禾本科植物或粉碎成絲的木質(zhì)類(lèi)原料加入由亞硫酸鈉、氫氧化鈉、冷浸助劑等組成的浸泡藥液中冷浸泡1～4小時(shí)，經(jīng)洗滌擠漿后，用過(guò)氧化氫堿液漂白得到紙漿。上述方法僅僅是用冷浸機(jī)械粉碎制漿代替了蒸煮工藝，產(chǎn)生的造紙黑液可以循環(huán)使用一定時(shí)間，并沒(méi)有從根本上消除化學(xué)制劑的影響，還是屬于化學(xué)法制漿。
由于微生物能有效地將植物纖維原料中三大成分轉(zhuǎn)化成CO2、H2O和腐植質(zhì)，過(guò)程具有環(huán)境友好性，而且可降低能耗和化學(xué)品用量，因此，將生物技術(shù)作用于制漿造紙過(guò)程，以生物途徑代替化學(xué)途徑或部分化學(xué)途徑進(jìn)行制漿，不產(chǎn)生有機(jī)化合物，有利于克服化學(xué)法存在的缺點(diǎn)，受到了廣泛的青睞。
瑞典造紙研究所(STFI)率先開(kāi)展了這方面的工作，利用白腐菌對(duì)木片進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后的木片進(jìn)行磨漿能大幅度降低能耗。20世紀(jì)90年代末，日本神戶制鋼所應(yīng)用白腐菌在常溫常壓下分解木材，成功生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)紙漿。生物制漿方法是對(duì)傳統(tǒng)制漿工藝的極大挑戰(zhàn)，然而，由于生物制漿的周期太長(zhǎng)，約需要30天，加上白腐菌的篩選困難，該技術(shù)目前還難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
1986年，芬蘭的維凱麗發(fā)現(xiàn)利用木聚糖酶處理紙漿，可以提高紙漿的可漂性，減少氯氣、二氧化氯等含氯化學(xué)藥品的用量，有利于發(fā)展無(wú)氯漂白。但是由于木聚糖酶不能直接氧化木素，只能通過(guò)水解聚木糖素來(lái)提高紙漿的漂白性能，對(duì)于木素的脫除是有限的。
國(guó)際上也有不少進(jìn)行紙漿脫木素處理研究的報(bào)道。EP408,803、DE3,636,208、W092/20857等專(zhuān)利均報(bào)道了利用漆酶與含氯漂白劑漂白紙漿，以減少化學(xué)藥品用量的方法。但是以上方法所產(chǎn)生的廢水中仍然含有有機(jī)氯化合物。
美國(guó)專(zhuān)利US5,545,544公開(kāi)了一種利用白腐菌對(duì)紙漿尤其是化學(xué)紙漿進(jìn)行漂白的方法，但是其處理紙漿需要較長(zhǎng)的時(shí)間，使用的菌種量也比較大，效果并不明顯。
中國(guó)專(zhuān)利00130853x公開(kāi)了一種利用生物技術(shù)對(duì)紙漿進(jìn)行全無(wú)氯漂白的方法，先利用一種能夠降解木素的微生物白腐菌對(duì)紙漿進(jìn)行漂白預(yù)處理，再使用過(guò)氧化氫進(jìn)行漂白，優(yōu)點(diǎn)是紙漿的白度得以提高，處理時(shí)間也大為縮短。
然而，以上技術(shù)均是采用生物方法對(duì)紙漿特別是化學(xué)紙漿進(jìn)行漂白處理，目的是減少化學(xué)漂白劑的用量。但由于所使用的菌、酶并非直接作用于紙漿中的殘余木素，只是通過(guò)水解半纖維素而增加木素的溶出，以提高化學(xué)漂劑的可及性，后續(xù)漂白仍需要使用較多的化學(xué)漂白劑，無(wú)法從根本上消除紙漿漂白廢水污染的產(chǎn)生，沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。
近年來(lái)有許多關(guān)于生物預(yù)處理化學(xué)制漿方面的研究報(bào)道，包括生物預(yù)處理后進(jìn)行硫酸鹽或亞硫酸鹽蒸煮。研究結(jié)果表明生物預(yù)處理可以縮短蒸煮時(shí)間，有利于低卡伯值化學(xué)漿的生產(chǎn)，同時(shí)也對(duì)后續(xù)亞硫酸鹽蒸煮變得十分有利。與未經(jīng)生物預(yù)處理比較，生物預(yù)處理化學(xué)制漿的卡伯值可以下降21～48％，且紙漿得率變化不大。研究還表明在化學(xué)制漿以前先進(jìn)行生物預(yù)處理，可以在化學(xué)藥品用量不變的情況下降低紙漿的硬度，或在相同的硬度下降低化學(xué)藥品的用量和能源的消耗。
200310114935.4專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種生物制漿工藝，是用聚木糖酶對(duì)棉纖維進(jìn)行預(yù)處理得到漿料，再用堿-過(guò)氧化氫溶液常溫常壓下進(jìn)行漂白，但該工藝方法使用的材料僅限于棉纖維，生產(chǎn)的局限性很大，應(yīng)用價(jià)值有限。
01107892.8專(zhuān)利公開(kāi)了生物預(yù)處理制備化學(xué)機(jī)械草漿的工藝，是將草料原料經(jīng)蒸煮滅菌后，用木質(zhì)纖維降解微生物如木云芝、靈芝等進(jìn)行微生物預(yù)處理，再通過(guò)亞硫酸鈉-氫氧化鈉溶液化學(xué)預(yù)浸和機(jī)械磨解后，無(wú)氯漂白得到紙漿。優(yōu)點(diǎn)是生物處理的周期較短，但工藝其本質(zhì)僅僅是對(duì)草料作了微生物預(yù)處理，而不是用微生物徹底制出紙漿，工藝中仍然存在用燒堿進(jìn)行化學(xué)預(yù)浸的步驟，只是一種生物-化學(xué)制漿方法。
02125571.7專(zhuān)利公開(kāi)了一種生物發(fā)酵制漿工藝，是使用放線菌對(duì)造紙?jiān)线M(jìn)行發(fā)酵，并利用發(fā)酵放熱使原料升溫，控制溫度在70～80℃發(fā)酵15天左右后，得到紙漿。該方法是一種完全的生物制漿方法，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)過(guò)程中還是會(huì)產(chǎn)生大量的發(fā)酵廢水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物催解法制紙漿工藝，通過(guò)復(fù)合生物催解劑對(duì)制漿原料進(jìn)行生物催解，以徹底分解木素制取漿料。
本發(fā)明的生物催解法制紙漿工藝是將制漿原料用臭氧水潤(rùn)濕后，加入復(fù)合生物催解劑進(jìn)行生物催解以制取漿料。
具體的制漿工藝是將粉碎的制漿原料加入到相當(dāng)于其2～3倍重量的臭氧水中，再按照每100重量份數(shù)制漿原料中加入0.02～0.05重量份數(shù)復(fù)合生物催解劑的用量加入復(fù)合生物催解劑，混合均勻后，充分浸泡滲透，升溫至80～120℃，生物催解0.5～2h后得到漿料。
其中，所述的復(fù)合生物催解劑是由下述重量份數(shù)的原料混合組成的白腐菌 1～2纖維素酶 1～2果膠酶 1～2酵母 2～5水 5～10。
本發(fā)明使用的臭氧水是現(xiàn)配現(xiàn)用的新鮮飽和臭氧水，通過(guò)臭氧發(fā)生器將臭氧直接通入水中達(dá)到飽和后制成。
本發(fā)明中，在制漿原料中加入臭氧水和復(fù)合生物催解劑后，應(yīng)將得到的催解液浸泡1h以上，以保證復(fù)合生物催解劑能充分滲透到制漿原料的內(nèi)部，將木素徹底降解。由于將催解液升溫到催解溫度的時(shí)間也需要1h左右，因此，本發(fā)明可以將浸泡和升溫兩個(gè)步驟合在一起進(jìn)行，在將催解液加入蒸球中升溫的過(guò)程中，即可實(shí)現(xiàn)浸泡的目的，從而不必專(zhuān)門(mén)浸泡，節(jié)省了時(shí)間。
白腐菌是屬于擔(dān)子菌亞綱非褶菌目的真菌，因腐朽木材呈白色而得名，能夠降解木材主要成分纖維素、木質(zhì)素和半纖維素。白腐菌對(duì)木質(zhì)素的脫除分解率極高，而對(duì)紙漿纖維中的纖維素分解極少，因此紙漿得率高達(dá)60％。然而，過(guò)長(zhǎng)的降解周期使得白腐菌制漿失去了工業(yè)化生產(chǎn)的意義，制約了白腐菌制漿技術(shù)的發(fā)展。本發(fā)明利用白腐菌與其他各種生物酶進(jìn)行復(fù)配，篩選出了一種全新的復(fù)合生物催解劑，該生物催解劑大大提高了白腐菌的生物催解能力，將分解木素的時(shí)間縮短到2h以內(nèi)，使得利用白腐菌制漿成為了可能。
本發(fā)明還篩選了諸如黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosproium)、射脈菌(Phlebiaradiate)、側(cè)耳菌(Pleurotus)、平菇(Pleurotus ostreatus)、云芝(Trametes versicolor)、膠質(zhì)干朽菌(Merulius tremellosus)、采絨革蓋菌(Coriolus versicolor)等多種白腐菌制備復(fù)合生物催解劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示均能達(dá)到預(yù)期的效果，說(shuō)明本發(fā)明的復(fù)合生物催解劑對(duì)于白腐菌的種屬?zèng)]有特別的篩選需求。
本發(fā)明的制紙漿工藝對(duì)于制漿原料也沒(méi)有特殊的要求，一般的草類(lèi)制漿原料如麥草、稻草、秸桿、高梁桿、蘆葦、龍須草、羊胡草等以及各種木質(zhì)原料如松木、楊木、樺木等均能使用。只是根據(jù)制漿原料的不同，適當(dāng)調(diào)整復(fù)合生物催解劑的配比和用量，并改變生物催解的時(shí)間和溫度，以達(dá)到各種制漿原料的最佳生物催解效果即可。
破解木素以提取纖維素是造紙制漿的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的化學(xué)制漿工藝中，在利用化學(xué)反應(yīng)打開(kāi)木素的同時(shí)，也產(chǎn)生出了大量的有機(jī)化合物。將這些有機(jī)化合物從造紙漿料中洗滌除去，會(huì)產(chǎn)生大量的洗滌污水，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，且污水處理難度大、費(fèi)用高。本發(fā)明在臭氧水氛圍下，采用復(fù)合生物催解劑對(duì)制漿原料進(jìn)行生物催解，將木素徹底分解還原成水和二氧化碳?xì)怏w，降解過(guò)程中不產(chǎn)生有機(jī)化合物，漿料不需要洗滌就可以進(jìn)入下面的工序，不產(chǎn)生污水，生產(chǎn)用水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的沉淀處理就可以循環(huán)利用，徹底杜絕了污染，達(dá)到了綠色環(huán)保的目標(biāo)。
本發(fā)明的生物催解法制漿工藝只需要2h左右即可將制漿原料催解為造紙漿料，生產(chǎn)周期短，工藝簡(jiǎn)單，便于推廣，同時(shí)適應(yīng)于大中小型企業(yè)實(shí)施。
本發(fā)明的生物催解法制漿工藝能耗小，生產(chǎn)成本低。以制備草漿為例，可比化學(xué)法制漿節(jié)水90％，省電50～60％，節(jié)煤50～60％，節(jié)省原材料30％，而出漿率卻由化學(xué)法的40％提高到60％以上，總體生產(chǎn)成本約降低了40％。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1將100g白腐菌、100g纖維素酶、100g果膠酶和200g酵母加入到500mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
取2t羊胡草，全部切斷到長(zhǎng)度為2～5cm，加入5t剛剛用臭氧發(fā)生器通入臭氧氣體制備出的新鮮臭氧水，再加入上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至100℃，在此溫度下催解反應(yīng)1h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到1.1t干漿。
實(shí)施例2將200g白腐菌、120g纖維素酶、200g果膠酶和400g酵母加入到800mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
取2t楊木，切成2cm厚的木片，加入4t新鮮臭氧水中，再加入上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至120℃，在此溫度下催解反應(yīng)1.5h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到1.4t干漿。
實(shí)施例3將120g白腐菌、150g纖維素酶、120g果膠酶和250g酵母加入到1000mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
將2t切成2～5cm長(zhǎng)度的蘆葦加入到6t新鮮臭氧水中，再加入上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至110℃，在此溫度下催解反應(yīng)0.5h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到1.25t干漿。
實(shí)施例4將150g白腐菌、180g纖維素酶、150g果膠酶和350g酵母加入到600mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
取2t全部切斷成2～5cm的麥草加入5t新鮮臭氧水中，再加入上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至90℃，在此溫度下催解反應(yīng)1.5h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到1.15t干漿。
實(shí)施例5將180g白腐菌、120g纖維素酶、180g果膠酶和300g酵母加入到800mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
取2t松木，切成2cm厚的木片，加入4t新鮮臭氧水中，再加入上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至120℃，在此溫度下催解反應(yīng)1h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到1.5t干漿。
實(shí)施例6將150g白腐菌、200g纖維素酶、150g果膠酶和450g酵母加入到600mL水中，混合攪拌均勻，制成復(fù)合生物催解劑備用。
取2t高粱桿，切斷為2～5cm，加入5t新鮮臭氧水和上述制備的復(fù)合生物催解劑，攪拌均勻后，加入蒸球中，邊升溫邊浸泡物料，約1h后，將催解液升溫至120℃，在此溫度下催解反應(yīng)1.5h后，出料，漿料經(jīng)分絲磨漿后除去水分，得到0.95t干漿。
權(quán)利要求
1.一種生物催解法制紙漿工藝，是將制漿原料用臭氧水潤(rùn)濕后，加入復(fù)合生物催解劑進(jìn)行生物催解以制取漿料，其中，所述的復(fù)合生物催解劑由下述重量份數(shù)的原料混合組成白腐菌 1～2纖維素酶 1～2果膠酶 1～2酵母 2～5水 5～10。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是使用所述的復(fù)合生物催解劑在80～120℃溫度下將制漿原料生物催解0.5～2h，以得到漿料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是所述復(fù)合生物催解劑的用量為每100重量份數(shù)制漿原料中加入0.02～0.05重量份數(shù)的復(fù)合生物催解劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是所述臭氧水的用量為制漿原料重量的2～3倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是所述的臭氧水為現(xiàn)場(chǎng)吸收配制的飽和臭氧水。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是所述的制漿原料為草類(lèi)原料或木質(zhì)原料。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生物催解法制紙漿工藝，其特征是所述的白腐菌是中的一種。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及一種生物催解法制紙漿工藝，是利用由白腐菌、纖維素酶、果膠酶、酵母和水混合組成的復(fù)合生物催解劑對(duì)經(jīng)臭氧水潤(rùn)濕后的制漿原料進(jìn)行生物催解，以制取漿料。本發(fā)明的生物催解法制紙漿工藝只需要2h左右即可將制漿原料催解為造紙漿料，降解過(guò)程中不產(chǎn)生有機(jī)化合物，不需要洗滌漿料，不產(chǎn)生污水，徹底杜絕了污染。而且工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，能耗小，便于推廣。
文檔編號(hào)C12S3/00GKCN101067284SQ200710062139
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月8日
發(fā)明者楊黎明, 楊海 申請(qǐng)人:楊黎明導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan