CN105200834B

CN105200834B - 草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法

Info

Publication number: CN105200834B
Application number: CN201510637945.9A
Authority: CN
Inventors: 陈小鹏; 梁杰珍; 王琳琳; 王华生; 王剑南
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105200834A

Abstract

本发明公开了一种草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，步骤为：以草片为原料，按草片与有机溶剂质量比为1:1～1:4加入沸点低于100℃的有机溶剂浸润草片，浸润时间为5～120min，再按草片与水的质量比1:1～1:20加入100℃沸水或温度高于有机溶剂沸点的水蒸汽，然后在超临界CO₂条件下进行蒸煮制浆。本发明方法通过有机溶剂在草片纤维细胞间瞬间汽化导致细胞膜膨胀破裂，使草片蒸煮脱除细胞间木素的速率加快1～5倍，有机溶剂的用量减少2～10倍。

Description

草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法

技术领域

本发明涉及一种造纸制浆工艺，特别涉及一种草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法。

背景技术

全球纸和纸板总产量约为4亿吨/年，中国的纸和纸板产量名列全球首位。纸和纸板是以制浆为主制造而成，而制浆工艺可分为：化学法和机械法，以及处于两者之间的化学机械法、半化学法。中国目前大部分造纸厂采用化学碱法制浆，虽然传统制浆方法的工艺技术已经很成熟，但每生产1吨的纸浆大约要排放10吨黑液，不仅造成植物资源的浪费还易引起严重的环境污染问题。因此造纸制浆工艺技术的变革与创新一刻也没有停止过，而推动制浆科学技术发展的真正动力是节能减排和环境保护。

CN201110339908.1涉及一种高白度﹑高强度化学草浆的清洁制浆工艺，步骤是：向草类原料中加入水、氢氧化钠、过氧化氢和金属离子螯合剂，70℃-80℃保温得到蒸煮液；向蒸煮液中加入水、氢氧化钠、过氧化氢和金属离子螯合剂，90℃-95℃下保温完成第二步蒸煮，筛浆、打浆既得。

CN201310015474.9采用微波辐射的氢氧化钠麦草常压制浆方法，步骤如下：1)将干燥后的麦草放入容器中，加入氢氧化钠溶液搅拌均匀后得到混合物；2)将上述容器移至微波炉中，容器上安装回流装置，利用微波辐射对混合物加热并在常压下进行回流反应，得到浆液；3)将浆液从容器取出，自然冷却后滤掉黑液，洗涤后抄片即可。

CN201410096857.8公开了一种大龙竹预浸渍二乙醇胺-蒽醌蒸煮制浆方法：采用云南特色材种大龙竹，在预浸渍后使用二乙醇胺溶剂及蒽醌助剂蒸煮制浆；通过本发明方法制得的纸浆具得率高，黏度较高，强度较好的特点，且分离后的废液可直接作为预浸渍溶液及蒸煮溶剂循环使用。

上述现有技术中，虽然具有较好的制浆率，但是，采用的原料氢氧化钠等对环境影响较大，而且对于制浆后的废水仍旧是采用传统的方式处理或者需耗费较大的精力、资金去处理，一方面既增加企业处理废水的经费，另一方面处理不善容易污染环境。因此，亟需一种制浆率高、工艺操作简捷、绿色环保的制浆方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对上述方法存在的不足，提供了一种草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆的方法。该方法工艺简捷、易操作，利用有机溶剂经蒸馏循环使用，减少了重污染废水的排放，实现制浆过程的清洁生产和节能减排。

本发明中所述的草片即为造纸制浆工艺中所述的非木材纤维原料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，步骤为：以草片为原料，加入沸点低于100℃的有机溶剂浸润草片，浸润时间为5～120min，再加入100℃沸水或温度高于有机溶剂沸点的水蒸汽，然后在超临界CO₂条件下进行蒸煮制浆。

草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其更详细的步骤为：

(1)以草片非木材纤维为原料放入蒸煮锅中，加入沸点低于100℃的有机溶剂浸润草片，浸润时间为5～120min，然后加入100℃沸水或或温度高于加入的有机溶剂沸点的水蒸气使草片纤维内部的有机溶剂瞬间汽化膨胀破坏细胞膜，加快有机溶剂、表面活性剂等渗透并进入草片纤维细胞间层、细胞壁和细胞角从而达到脱除草片内的木素的目的；

(2)通入CO₂气体，并升高蒸煮锅温度和压力至超临界CO₂状态下进行草片原料的蒸煮制浆，利用有机溶剂和超临界CO₂进行自催化脱除草片纤维细胞间的木素。反应过程中，有机溶剂形成蒸汽以及期间产生的水蒸气等，利用超临界CO₂、有机溶剂蒸汽和水蒸汽夹带着脱除木素的降解物不断地流出蒸煮锅，即得降解液，实现草片纤维细胞间的木素降解反应-分离耦合。

草片蒸煮结束的浆料和降解液放入喷放器，喷放出浆料和降解液，再经分离提纯得到浆料和还原糖。

作为进一步限定，所述的草片为竹子、麦秆、稻草、芦苇、甘蔗渣、棉秆、玉米秆中的一种。

作为进一步限定，加入的草片与有机溶剂质量比为1:1～1:4。

作为进一步限定，加入的100℃沸水的量按照加入的有机溶剂：加入的沸水质量比为1:1～1:20添加。

作为进一步限定，加入的水蒸气的量按照加入的有机溶剂：加入的水蒸气的质量比为1:1～1:10添加。

作为进一步限定，加入沸水或水蒸气时同时加入表面活性剂，即将表面活性剂与沸水或者水蒸气混合后同时加入，加入表面活性剂的量占加入的草片质量的0.004～0.01％。

作为进一步限定，在超临界CO₂条件下蒸煮制浆的条件为：超临界CO₂的压力为7.1～20.0MPa，温度为80～300℃，蒸煮时间为0.5～3.0h。

作为进一步限定，加入100℃沸水的流量为用于浸润草片的有机溶剂的量的1～5倍kg/min，即每分钟通入1～5倍用于浸润草片的有机溶剂量的100℃沸水。

作为进一步限定，加入的温度高于有机溶剂沸点的水蒸汽的流量为0.3～2倍加入的有机溶剂的量kg/min，即每分钟通入0.3～2倍用于浸润草片的有机溶剂量的100℃水蒸气。

作为进一步限定，所述的有机溶剂为***、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、甲醇、乙醇、呋喃、四氢呋喃、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、醋酸乙烯酯、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、石油醚中的至少一种，即沸点低于100℃以下的有机溶剂。

作为进一步限定，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类(AEO)、乳百灵A、乳化剂MOA、平平加、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚(TX-10、OP-10)、司盘(span)、吐温(Tween)60-100、十二烷基硫酸钠、亚甲基双萘磺酸钠(NNO)、十二醇聚氧乙烯醚、十二烷胺基丙酸、十二烷基甜菜碱、烷基磺酸盐(AS)、十六烷基磺酸钠(SAS)、石油磺酸钠(PS)中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明方法通过有机溶剂在草片纤维细胞间快速汽化导致细胞膜膨胀破裂，使草片蒸煮脱除细胞间木素的速率加快1～5倍，有机溶剂的用量减少2～10倍；

2、以超临界CO₂溶解于水形成的质子酸、有机溶剂以及表面活性剂脱除草片内的木素，其中有机溶剂经蒸馏循环使用，减少了重污染废水的排放，特别是中国大部分造纸厂是采用碱法化学制浆，每生产1吨纸浆要排放10吨黑液，而本发明的制浆方法无黑液也无废气排放，是一种绿色环保的制浆方法；

3、采用蒸煮锅汽相流动的方法使生成的草片细胞间木素降解产物不断地离开反应场所，实现草片纤维细胞间的木素降解反应-分离耦合，消除降解产物累计而引起的反馈抑制作用，提高了草片木素和草片内的多聚戊糖降解的反应速率和平衡转化率，提高了1～5倍；

4、本发明方法比传统制浆方法的浆料总得率高出5％～10％，而且所得浆料硬度低、强度大、白度高、可漂性好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1：

称取草片：即甘蔗渣100kg；有机溶剂100kg。加入的甘蔗渣质量0.004％的表面活性剂平平加，100℃沸水100kg，将平平加放入沸水中混合，备用。将草片甘蔗渣加入蒸煮锅中，再加入上述称取好的乙醇均匀混合浸润甘蔗渣，浸润时间为10min，然后加入上述加了表面活性剂的100℃沸水，沸水流量为100kg/min，使渗透进入甘蔗纤维细胞间的乙醇瞬间汽化膨胀破坏细胞膜，然后往蒸煮锅中通入CO₂，控制反应压力7.1MPa，反应温度80℃，反应时间0.5h，利用有机溶剂乙醇、表面活性剂平平加和超临界CO₂进行自催化脱除草片纤维细胞间的木素。反应过程中，乙醇形成蒸汽以及期间产生的水蒸气等，即期间，利用超临界CO₂、有机溶剂蒸汽和水蒸汽夹带着脱除木素的降解物不断地流出蒸煮锅，即得降解液，实现草片纤维细胞间的木素降解反应-分离耦合。蒸煮结束后喷放出浆料和降解液，分离提纯，浆料得率为66.4％，还原糖得率为10.2％。

实施例2

按以下表1中指定的各组分及各工艺参数重复实施例1的方法步骤。

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

实施例8

实施例9

表1

表1中，100℃沸水以及水蒸气行，“------”符号表示该物质在该实施例中未添加。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于，步骤为：以草片为原料，加入沸点低于100℃的有机溶剂浸润草片，浸润时间为5～120min，再加入100℃沸水或温度高于有机溶剂沸点的水蒸汽，然后在超临界CO₂条件下进行蒸煮制浆；其中，加入的草片与有机溶剂质量比为1:1～1:4；其中，超临界CO₂的压力为7.1～15MPa，温度为80～160℃，蒸煮时间为0.5～3.0h；其中，所述的有机溶剂为***、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、甲醇、乙醇、呋喃、四氢呋喃、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、醋酸乙烯酯、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、石油醚中的至少一种。

2.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于：所述的草片为竹子、麦秆、稻草、芦苇、甘蔗渣、棉秆、玉米秆中的一种。

3.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于：加入的100℃沸水的量按照加入的有机溶剂：加入的沸水质量比为1:1～1:20添加。

4.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于，加入的水蒸气的量按照加入的有机溶剂：加入的水蒸气的质量比为1:1～1:10添加。

5.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于：加入沸水或水蒸气时同时加入表面活性剂，即将表面活性剂与沸水或者水蒸气混合后同时加入，加入表面活性剂的量占加入的草片质量的0.004～0.01％。

6.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于：加入100℃沸水的流量为用于浸润草片的有机溶剂的量的1～5倍kg/min。

7.根据权利要求1所述草片内部瞬间汽化膨胀—渗透制浆方法，其特征在于：加入的温度高于有机溶剂沸点的水蒸汽的流量为0.3～2倍加入的有机溶剂的量kg/min。