CN108441022A - 一种生物基脱墨剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废纸浆处理技术领域，具体涉及一种生物基脱墨剂的制备方法。本发明以脂松香、棕榈酸和椰子油酸为生物质原料，纤维素酶和漆酶作为生物酶，膨润土作为多孔载体，并辅以硼砂和无水乙醇等制备得到生物基脱墨剂，首先以膨润土和废石膏为原料得到多孔膨润土粉末，再将脂松香加热软化后与棕榈油和椰子油混合得到混合熔融液，将其与膨润土粉末混合得到脂肪酸，将脂肪酸吸附在发生腐蚀的活性点处，防止腐蚀进一步发生，延长纸张的使用寿命，继续在多孔膨润土粉末表面负载纤维素酶和漆酶，这些酶通过降解纤维中残存的木素或纤维素，削弱了表面微纤维相互之间的结合，进一步提高生物基脱墨剂的脱墨性能，既环保又经济，具有广泛的应用前景。

Description

一种生物基脱墨剂的制备方法

技术领域

本发明涉及废纸浆处理技术领域，具体涉及一种生物基脱墨剂的制备方法。

背景技术

随着社会的进步和人们物质文化生活水平的提高，人们对纸和纸制品的需求与日俱增，废纸量也随着纸制品的消耗量的增长而增加，而作为造纸原料的树木或其他植物却日见稀缺。我国森林资源贫乏，木浆主要依赖于进口，造纸成本很高。鉴于此，废纸回收刻不容缓，不仅可保护森林资源不被破坏，还能实现变废为宝循环利用，将会带来显著的社会效益和经济效益。

目前，废纸已成为造纸工业的重要来源，所占比重越来越大，废纸的回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径，脱墨是废纸回用的关键。脱墨剂是能使废纸纤维和油墨分离的化学品或生物制品，主要作用是破坏油墨对纸纤维的黏附力，使油墨从纤维上剥离并分散于水中。因此脱墨剂成为制浆造纸过程中不可或缺的产品。

传统的脱墨剂主要有化学脱墨剂和生物酶脱墨剂。传统的化学脱墨剂包含碱、硅酸钠、过氧化氢、助剂等化学药品，分别起润湿皂化、缓冲、脱色和渗透分散的作用。化学脱墨效果明显，但纤维损失大、纸张强度下降，且废水的COD、BOD负荷大，长期使用会对设备产生一定的腐蚀作用，对脱墨过程产生的废弃物再处理也会产生负面影响。近年来，由于对环境友善、适应性强且又能改善纤维性能的酶法脱墨受到重视，各国对不同印刷方式的废新闻纸进行了酶法脱墨实验研究。优选针对性强的多种高效生物酶复配而成，与酶激活专用助剂配合使用，用于报纸、混合办公废纸、书籍、杂志等的脱墨。与传统化学脱墨相比，生物酶脱墨具有一系列突出的优点：1、生物酶脱墨条件温和，化学品用量少，纤维损失小，保持良好的纤维特性；2、大幅度降低污水COD和BOD，减轻污水处理压力；3、提高纸浆得率及提高纸张强度；4、清洁生产，节省能源，降低物耗；5、使用简单，与现有大多数脱墨工艺匹配。目前，生物酶脱墨剂已经应用于造纸脱墨领域。但是，以生物酶为主要成分的脱墨剂虽然环保，但是脱墨效果不是很理想。

因此，开发出一种纸浆得率高、脱墨浆白度高、油墨粒子脱除率高、使用条件温和的废纸脱墨剂是非常有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前传统的化学脱墨剂包含碱、硅酸钠、过氧化氢、助剂等化学药品，分别起润湿皂化、缓冲、脱色和渗透分散的作用，而生物脱墨剂达不到这些效果，化学脱墨效果明显，但纤维损失大、纸张强度下降，且废水的COD、BOD负荷大，长期使用会对设备产生一定的腐蚀作用，满足不了市场要求的缺陷，提供了一种生物基脱墨剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中烧结，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土混合放入球磨机中，在转速为300～320r/min的条件下球磨后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；

（2）称取32～36g脂松香倒入烧杯中，加热升温，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加3～5mL棕榈油和4～6mL椰子油，继续混合搅拌，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液混合搅拌，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中发霉，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；

（3）按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中超声分散，得到自制分散酶液；

（4）按重量份数计，分别称取30～32份改性膨润土粉末、10～12份自制分散酶液和16～20份去离子水混合置于搅拌机中搅拌，再添加3～5份硼砂和2～4份无水乙醇，继续保温混合搅拌后，趁热转移到成型器中挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

步骤（1）所述的膨润土和废石膏的质量比为6：1，烧结温度为1270～1350℃，烧结时间为11～13h，氧化锆球磨珠和处理后的膨润土的球料质量比为15：1，球磨时间为3～4h。

步骤（2）所述的加热升温温度为105～110℃，继续搅拌时间为16～20min，过筛膨润土粉末和混合熔融液的质量比为1：4，混合搅拌时间为16～20min，发霉温度为27～32℃，发霉空气相对湿度为98～100%，发霉时间为4～5h。

步骤（3）所述的搅拌时间为12～15min，混合酶、聚乙二醇和去离子水的质量比为3：1：5，超声分散功率为200～210W，超声分散频率为24～27kHz，超声分散时间为32～35min。

步骤（4）所述的搅拌温度为75～81℃，搅拌时间为1～2h，继续搅拌时间为16～20min，挤出成型压力为2～4MPa。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以脂松香、棕榈酸和椰子油酸为生物质原料，纤维素酶和漆酶作为生物酶，膨润土作为多孔载体，并辅以硼砂和无水乙醇等制备得到生物基脱墨剂，首先将膨润土和废石膏混合烧结并研磨得到多孔膨润土粉末，其中废石膏具有造孔性能，在其钙离子的作用下，一方面起着助熔效应并促进膨润土烧结，进一步打开膨润土的气孔，使得膨润土的比表面积和孔隙率提高，另一方面在高温条件下，致使物料产生更多的晶格畸变和缺陷，增加其无定形程度，提高了体系的活性，有利于生物基脱墨剂的脱墨性能得到提高，再将脂松香加热软化后与棕榈油和椰子油混合搅拌得到混合熔融液，向过筛膨润土粉末中添加混合熔融液，在养护过程中，将混合熔融液通过高温高湿的条件发霉得到脂肪酸，将脂肪酸吸附在发生腐蚀的活性点处，防止腐蚀进一步发生，从而延长纸张的使用寿命，配方稳定性好，具有长效抑制腐蚀能力，从而提高了生物基脱墨剂的耐腐蚀性，同时亲油改性使得多孔载体易于吸附从纸张纤维上脱落的油墨，达到脱墨目的；

（2）本发明中将脂松香、棕榈酸和椰子油酸加热混合得到混合熔融液，其既有饱和脂肪酸又有不饱和脂肪酸，其中饱和脂肪酸可以使得纤维表面张力降低，并产生润滑、乳化等作用，从而使油墨从纸张纤维上分离，而不饱和的脂肪酸的存在，起到润湿皂化和渗透分散的作用，可以把从纸张纤维上分离的油墨去除，并通过复配可以起到协同增效的作用，使制得的生物基脱墨剂具有良好的脱墨性能，继续在多孔膨润土粉末表面负载纤维素酶和漆酶，这些酶通过降解纤维中残存的木素或纤维素而引发剥皮作用，从而削弱了表面微纤维相互之间的结合，增加了这些微纤维的自由度，易于油墨与纤维的分离，进一步提高生物基脱墨剂的脱墨性能，既环保又经济，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

按质量比为6：1将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中，在温度为1270～1350℃的条件下烧结11～13h，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土按球料质量比为15：1混合放入球磨机中，在转速为300～320r/min的条件下球磨3～4h后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；称取32～36g脂松香倒入烧杯中，加热升温至105～110℃，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加3～5mL棕榈油和4～6mL椰子油，继续混合搅拌16～20min，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液按质量比为1：4混合搅拌16～20min，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中，在温度为27～32℃、空气相对湿度为98～100%的条件下发霉4～5h，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌12～15min，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水按质量比为3：1：5混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中，在功率为200～210W、频率为24～27kHz的条件下超声分散32～35min，得到自制分散酶液；按重量份数计，分别称取30～32份改性膨润土粉末、10～12份自制分散酶液和16～20份去离子水混合置于搅拌机中，在温度为75～81℃的条件下搅拌1～2h，再添加3～5份硼砂和2～4份无水乙醇，继续保温混合搅拌16～20min后，趁热转移到成型器中，在压力为2～4MPa的条件下挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

按质量比为6：1将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中，在温度为1270℃的条件下烧结11h，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土按球料质量比为15：1混合放入球磨机中，在转速为300r/min的条件下球磨3h后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；称取32g脂松香倒入烧杯中，加热升温至105℃，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加3mL棕榈油和4mL椰子油，继续混合搅拌16min，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液按质量比为1：4混合搅拌16min，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中，在温度为27℃、空气相对湿度为98%的条件下发霉4h，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌12min，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水按质量比为3：1：5混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中，在功率为200W、频率为24kHz的条件下超声分散32min，得到自制分散酶液；按重量份数计，分别称取30份改性膨润土粉末、10份自制分散酶液和16份去离子水混合置于搅拌机中，在温度为75℃的条件下搅拌1h，再添加3份硼砂和2份无水乙醇，继续保温混合搅拌16min后，趁热转移到成型器中，在压力为2MPa的条件下挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

按质量比为6：1将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中，在温度为1300℃的条件下烧结12h，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土按球料质量比为15：1混合放入球磨机中，在转速为310r/min的条件下球磨3.5h后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；称取34g脂松香倒入烧杯中，加热升温至106℃，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加4mL棕榈油和5mL椰子油，继续混合搅拌18min，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液按质量比为1：4混合搅拌18min，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中，在温度为30℃、空气相对湿度为99%的条件下发霉4.5h，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌14min，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水按质量比为3：1：5混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中，在功率为205W、频率为26kHz的条件下超声分散33min，得到自制分散酶液；按重量份数计，分别称取31份改性膨润土粉末、11份自制分散酶液和18份去离子水混合置于搅拌机中，在温度为78℃的条件下搅拌1.5h，再添加4份硼砂和3份无水乙醇，继续保温混合搅拌18min后，趁热转移到成型器中，在压力为3MPa的条件下挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

按质量比为6：1将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中，在温度为1350℃的条件下烧结13h，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土按球料质量比为15：1混合放入球磨机中，在转速为320r/min的条件下球磨4h后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；称取36g脂松香倒入烧杯中，加热升温至110℃，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加5mL棕榈油和6mL椰子油，继续混合搅拌20min，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液按质量比为1：4混合搅拌20min，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中，在温度为32℃、空气相对湿度为100%的条件下发霉5h，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌15min，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水按质量比为3：1：5混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中，在功率为210W、频率为27kHz的条件下超声分散35min，得到自制分散酶液；按重量份数计，分别称取32份改性膨润土粉末、12份自制分散酶液和20份去离子水混合置于搅拌机中，在温度为81℃的条件下搅拌2h，再添加5份硼砂和4份无水乙醇，继续保温混合搅拌20min后，趁热转移到成型器中，在压力为4MPa的条件下挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

对比例以广州市某公司生产的脱墨剂作为对比例

对本发明制得的生物基脱墨剂和对比例中的脱墨剂进行检测，检测结果如表1所示：

白度根据国家标准方法GB8940.1，采用数字白度仪进行检测。

残余油墨浓度采用残余油墨检测仪基于扫描仪的图像分析技术测定，使用软件测量***，测定残余油墨浓度。

撕裂度按照GB/T455-2002标准进行测试。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的生物基脱墨剂，制备出的纸浆得率高、脱墨浆白度高、油墨粒子脱除率高、尘埃度小、产污染物少，污水COD低，具有广阔的使用前景。

Claims (5)

1.一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将膨润土和废石膏混合放入马弗炉中烧结，待冷却至室温，得到处理后的膨润土，再将氧化锆球磨珠和处理后的膨润土混合放入球磨机中，在转速为300～320r/min的条件下球磨后过100目筛，收集过筛膨润土粉末；

（2）称取32～36g脂松香倒入烧杯中，加热升温，待其软化后，向软化后的脂松香中滴加3～5mL棕榈油和4～6mL椰子油，继续混合搅拌，得到混合熔融液，再将过筛膨润土粉末和混合熔融液混合搅拌，并将搅拌后的过筛膨润土粉末放入养护室中发霉，高温灭菌，干燥出料，得到改性膨润土粉末；

（3）按等质量比将纤维素酶和漆酶混合搅拌，得到混合酶，再将混合酶、聚乙二醇和去离子水混合置于烧杯中，再将带有混合物的烧杯放入超声波分散仪中超声分散，得到自制分散酶液；

（4）按重量份数计，分别称取30～32份改性膨润土粉末、10～12份自制分散酶液和16～20份去离子水混合置于搅拌机中搅拌，再添加3～5份硼砂和2～4份无水乙醇，继续保温混合搅拌后，趁热转移到成型器中挤出成型，切断，干燥出料，即得生物基脱墨剂。

2.根据权利要求1所述的一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的膨润土和废石膏的质量比为6：1，烧结温度为1270～1350℃，烧结时间为11～13h，氧化锆球磨珠和处理后的膨润土的球料质量比为15：1，球磨时间为3～4h。

3.根据权利要求1所述的一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的加热升温温度为105～110℃，继续搅拌时间为16～20min，过筛膨润土粉末和混合熔融液的质量比为1：4，混合搅拌时间为16～20min，发霉温度为27～32℃，发霉空气相对湿度为98～100%，发霉时间为4～5h。

4.根据权利要求1所述的一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的搅拌时间为12～15min，混合酶、聚乙二醇和去离子水的质量比为3：1：5，超声分散功率为200～210W，超声分散频率为24～27kHz，超声分散时间为32～35min。

5.根据权利要求1所述的一种生物基脱墨剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的搅拌温度为75～81℃，搅拌时间为1～2h，继续搅拌时间为16～20min，挤出成型压力为2～4MPa。