一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法和系统。本发明专利技术的方法包括如下步骤：1)向制浆原料中加入水，并采用木质素降解酶进行第一酶解处理；2)在80‑130℃的温度下对所述第一酶解处理的产物进行蒸煮处理；3)采用半纤维素酶对所述蒸煮处理的产物进行第二酶解处理。本发明专利技术的方法能够提高出浆率，减少黑液中污染物排放，降低碱耗和能耗，并且有利于木质素和五碳糖的提取，浆液的质量高。

Method and system for preparing pulp from grass straw as raw material

The invention provides a method and a system for preparing pulp by using grass straw as raw material. The methods of the present invention include the following steps: 1) adding water to the pulping raw material, using lignin degrading enzyme for the first enzymatic hydrolysis; 2) cooking the products of the first enzymolysis at the temperature of 80 130 degrees C; 3) using hemicellulase to hydrolyse the products of the cooking treatment by the hemicellulase. The method of the invention can improve the pulping rate, reduce the emission of pollutants in the black liquor, reduce the alkali consumption and energy consumption, and is beneficial to the extraction of lignin and five carbon sugar, and the quality of the slurry is high.

【技术实现步骤摘要】
一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法和系统
本专利技术涉及一种制浆工艺，具体涉及一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法和系统。
技术介绍
纸是人类生活不可缺少的重要部分。纸浆主要是从林木和农作物秸秆生产而成。由于林木生长的速度无法满足人类对纸品需求的增长，因此利用可再生的农作物秸秆生产纸浆成为减少树木砍伐和保护环境的有效途径。现有的利用农作物秸秆生产纸浆的方法主要为碱蒸煮法，其生产工艺遵循“蒸煮-磨浆-洗浆-筛选”的步骤；具体地，该方法通常采用质量含量为14-18％的碱在160-180℃的高压蒸汽下蒸煮农作物秸秆45min-1.5h从而得到纸浆。上述方法在高温高压的作用下，通过高浓度的碱将秸秆纤维外部的半纤维素和木质素剥离从而得到纸浆，然而强碱在作用的同时也会损伤部分纤维素，从而使得出浆率降低；同时，由于强碱的作用，木质素、半纤维素等被分解成小分子物质从而形成黑液，黑液易将纤维素染成黑色从而使得纸浆白度降低，而为了达到白度要求需增加脱木素等步骤，从而提高了制浆成本。此外，由于高温高碱的蒸煮，使得木质素和半纤维素衍生出的五碳糖溶解成不易分离的黑液，不仅造成环境污染，并且使得木质素和五碳糖的提取成为不可能。
技术实现思路
本专利技术提供一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法和系统，该方法和系统可以采用“酶化-蒸煮-酶化-脱水-酶化”工艺，能够降低碱耗和能耗，提高出浆率，并且有利于木质素和五碳糖的提取。本专利技术提供一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法，包括如下步骤：1)向制浆原料中加入水或回用液，并采用木质素降解酶进行第一酶解处理；2)在80-130℃的温度下对所述第一酶解处理的产物进行蒸煮处理；3)采用半纤维素酶对所述蒸煮处理的产物进行第二酶解处理。本专利技术的制浆方法对制浆原料没有严格的限制，可以为本领域常规的制浆原料，特别是可以为农作物秸秆，例如稻草秸秆、麦草秸秆以及其它禾草类秸秆等。进一步地，可以对制浆原料进行预处理后进行所述第一酶解处理；所述预处理可以包括除杂，除杂可以是去除制浆原料中的粉尘、含纤维素较低的叶片穗等杂质等；所述预处理进一步还可以包括切割，所述切割可以是将制浆原料制成具有特定尺寸的片段，例如可以切割成80％小于25mm长度的尺寸，从而有利于提高后续处理的效果。在本专利技术中，所述第一酶解处理用于将制浆原料的纤维表面结构打开，以便降低后续蒸煮处理的温度，减少蒸煮处理中碱的用量和黑液排放；对木质素降解酶的具体种类不作严格限制，例如可以为木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶等；在本专利技术的具体方案中，木质素降解酶具体为漆酶，特别是白腐菌所产生的漆酶等。进一步地，上述步骤1)中，可以控制所述制浆原料(干料)与水或回用液的质量配比为1：(5-10)，例如1：6；其中，制浆原料(干料)的含水率为9％-16％；此外，对木质素降解酶的酶活和用量不作严格限制，可根据实际需要进行合理设置，木质素降解酶的酶活例如可以为8000-12000U/g，木质素降解酶的用量可以为0.05-0.2％。此外，对第一酶解处理的条件不作严格限制，可以为本领域的常规条件，例如可以控制第一酶解处理的温度为40-80℃，pH值为5-8，酶解时间为0.5-4h。经上述第一酶解处理后，第一酶解处理产物中的有机质含量约占原料绝干总重的8-12％，木质素溶出率为57.8％-73.1％，聚戊糖溶出率为40.6％-48.8％；从而能够大大降低后续蒸煮处理的温度，节约碱耗和能耗，提高出浆率。如无特殊说明，本专利技术的溶出率指的是该物质从制浆原料中的释放程度(百分含量)；例如，木质素溶出率为57.8％-73.1％，指的是制浆原料中的木质素释放出了57.8％-73.1％。此外，研究表明：如不进行上述第一酶解处理，则后续蒸煮处理所需温度以及碱消耗量大大提高。在本专利技术中，蒸煮处理用于分离制浆原料中的半纤维素和木质素，从而形成浆液(即纸浆)。具体地，可以采用碱液进行所述蒸煮处理，对碱液的质量含量不作严格限制。此外，加入碱液的量可使待蒸煮处理溶液的pH值为8-12，进一步为8-10，更进一步为8-9；并且可以控制所述蒸煮处理的时间为0.5-1.5h。经上述蒸煮处理后，蒸煮处理产物中的半纤维素含量为42％-46％，碳水化合物溶出率达到22％左右。由于本专利技术的蒸煮处理所采用的碱量少、处理温度低、处理时间短，不仅有利于避免纤维受到损伤，进而提高出浆率，此外还能够减少碱耗和黑液排放，避免环境污染，节约热能，特别是有利于木质素和五碳糖的提取，从而避免了资源浪费。在本专利技术中，所述第二酶解处理用于分离制浆原料中较难分离的纤维素胞间壁的木质素以及其它非纤维类的成分等；对所述半纤维素酶不作严格限制，可以为本领域常规的半纤维素酶，例如可以是木聚糖酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶等及其混合物。此外，对第二酶解处理的条件不作严格限制，可以根据所选用的半纤维素酶的种类进行合理设置。具体地，步骤3)中，所述半纤维素酶可以包括木聚糖酶和甘露聚糖酶，并且所述半纤维素酶中木聚糖酶与甘露聚糖酶的质量配比可以为(6-8)：(2-4)，例如7：3。进一步地，步骤3)中，所述木聚糖酶和甘露聚糖酶的酶活均可以为8000-10000U/g，用量均可以为0.05-0.2％；并且可以控制所述第二酶解处理的温度为40-70℃，pH值为8-12，酶解时间为0.5-4h。经上述第二酶解处理的产物中，溶出的木质素和木质素-碳水化合物复合体(LCC)中70％以上相对分子量为2000-10000，从而有利于后期的提取和利用；此外，第二酶解处理中聚戊糖溶出率为48％左右；碳水化合物溶出率为48％左右；碱消耗量约为73％。此外，研究表明：如不进行上述第二酶解处理，则无法有效去除制浆原料中较难分离的纤维素胞间壁的木质素，制得的浆液质量较差。本专利技术的方法还可以包括步骤4)：对所述第二酶解处理的产物进行脱水，并采用半纤维素酶对脱水产物进行第三酶解处理。本专利技术对步骤4)所述的半纤维素酶不作严格限制，可以为本领域常规的半纤维素酶及其混合物，此外可以与步骤3)所述的半纤维素酶相同或不同。具体地，步骤4)中，所述半纤维素酶包括木聚糖酶和甘露聚糖酶，并且所述半纤维素酶中木聚糖酶与甘露聚糖酶的质量配比为(4-6)：(6-4)。进一步地，所述木聚糖酶和甘露聚糖酶的酶活均为8000-10000U/g，用量均为0.05-0.2％；并且控制所述第三酶解处理的温度为40-70℃，pH值为8-12，时间为1-4h。进一步地，步骤4)中，采用半纤维素酶和木质素降解酶的混合物对脱水产物进行第三酶解处理，其中木质素降解酶的酶活为8000-12000U/g，木质素降解酶的用量为0.01-0.1％。此外，步骤4)中，还可以对所述脱水所脱除的液体进行木质素和/或五碳糖的提取，从而避免资源浪费；进一步地，提取木质素和/或五碳糖后的液体可通过蒸发冷凝循环使用，从而减少耗水量、减少或消除废水排放、提高用水效率。上述第三酶解处理中，木质素溶出率为94％以上，聚戊糖溶出率为52％-58％，第三酶解处理产物中苯醇抽取物小于5％，卡伯值为13-18。进一步地，可以根据实际需要对上述第三酶解处理的产物进行洗浆、磨浆、筛选、烘干；特别是，在要求较高白度时，可以在烘干之前根据需要进行漂白。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)向制浆原料中加入水或回用液，并采用木质素降解酶进行第一酶解处理；2)在80‑130℃的温度下对所述第一酶解处理的产物进行蒸煮处理；3)采用半纤维素酶对所述蒸煮处理的产物进行第二酶解处理。

【技术特征摘要】
1.一种以禾草类秸秆为原料的制备纸浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)向制浆原料中加入水或回用液，并采用木质素降解酶进行第一酶解处理；2)在80-130℃的温度下对所述第一酶解处理的产物进行蒸煮处理；3)采用半纤维素酶对所述蒸煮处理的产物进行第二酶解处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤4)：对所述第二酶解处理的产物进行脱水，并采用半纤维素酶对脱水产物进行第三酶解处理。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中，控制制浆原料与水或回用液的质量配比为1：(5-10)；木质素降解酶的酶活为8000-12000U/g，木质素降解酶的用量为0.05-0.2％；第一酶解处理的温度为40-80℃，pH值为5-8，酶解时间为0.5-4h。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)中，在pH值为8-12的条件下进行所述蒸煮处理，并且控制所述蒸煮处理的时间为0.5-1.5h。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述半纤维素酶包括木聚糖酶和甘露聚糖酶，并且所述半纤维素酶中木聚糖酶与甘露聚糖酶的质量配比为(6-8)：(2-4)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠玉，孙华，
申请(专利权)人：大连三元鑫酶生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21