一种秸秆纤维及其生物酶法分离秸秆纤维的工艺制造技术

技术编号:18456124 阅读:24 留言:0更新日期:2018-07-18 11:41
本发明专利技术属于生物制浆领域,提供一种秸秆纤维素,其特征在于以酶分子定向切割分离的稻草秸秆纤维长短保存完好,克服了传统化学制浆中细小纤维被破坏的结果,长度‑重量平均0.70‑1.10mm,质量‑重量平均1.10‑1.40mm。本发明专利技术还提供一种秸秆纤维,包含上述稻草纤维素的纤维结构,稻草秸秆纤维品质可以达到:亮度(白度)57‑75%,硬度7‑26K,耐折度30‑78次,撕裂指数3.0‑5.5 mN﹒m2/g,抗张指数41.0‑62.0 N﹒m/g。本发明专利技术还提供秸秆分离纤维工艺、所述秸秆纤维的用途。本发明专利技术的生产过程无高温化学蒸煮黑液产生,纤维质量(长度、白度、短纤维含量等)明显优于传统化学制浆的质量,得浆率比传统化学制浆率提高25%以上,生产过程的水耗、能耗比传统化学制浆降低30%以上。

Straw fiber and biological enzyme process for separating straw fiber

The invention belongs to the field of biological pulping, which provides a straw cellulose, which is characterized in that the length of the straw fiber is well preserved, and the results of the destruction of the fine fibers in the traditional chemical pulping are overcome. The average weight of the length is about 0.70 1.10mm, and the weight of the mass is about 1.10 of the average weight. The invention also provides a straw fiber, including the fiber structure of the straw cellulose. The quality of the straw fiber can be reached: brightness (whiteness) 57, 75%, hardness 7 26K, folding resistance 30 78 times, tear index 3 5.5 mN m2/g, tensile index 41 62 N. M/g. The invention also provides straw separating fiber technology and the use of the straw fiber. The production process of the invention has no high temperature chemical cooking black liquor. The quality of fiber (length, whiteness, short fiber content, etc.) is obviously superior to the quality of traditional chemical pulping. The yield of the pulp is 25% higher than that of the traditional chemical pulping rate, and the water consumption and energy consumption in the production process are more than 30% lower than that of the traditional chemical pulp.

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆纤维及其生物酶法分离秸秆纤维的工艺
本专利技术涉及一种生物酶法分离秸秆纤维的工艺,属于生物制浆领域。
技术介绍
植物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,外层木质素与内层纤维素由中间的半纤维素连接在一起,不同的植物秸秆三种物质的构成比例有一定的差异,但由葡萄糖分子连接而成的纤维素占秸秆总质量的35-50%之间,为含量最多的组分,这种纤维被广泛应用于制浆造纸、纤维素乙醇、生物染料、生物能源等领域,其中的纸浆造纸是大宗消纳植物秸秆且附加值较高的一种方式。目前传统秸秆(麦草、稻草、玉米秸、芦苇、蔗渣、油菜秆等)制浆造纸中分离纤维一般采用高温加化学助剂的方法,目前主要采用亚硫酸盐法和烧碱蒽醌法。亚硫酸盐法制浆的原理是游离的亚硫酸与木质素化合生成难溶的木质素磺酸,在有盐基存在的情况下,形成易溶的木质素磺酸盐,由于磺化而发生水解反应,木质素被裂解成更小更易溶解的分子碎片,木质素被溶解和裂解而溶出,从而释放出植物纤维。烧碱蒽醌法制浆的原理是使用氢氧化钠溶液进行蒸煮,碱液通过细胞腔并穿过细胞壁向原料的内部扩散,进入到胞间层的碱液与其中的果胶、半纤维素作用,并使其溶解,接着与胞间层的木质素作用,使其不断溶于蒸煮液中,使得纤维被分离出来。在氢氧化钠蒸煮液中加入相当于纤维原料重量0.05~0.6%的蒽醌,以阻止有害的纤维素及半纤维素的剥皮反应。这两种化学秸秆制浆工艺的特点是:高温、高压、大量使用化学品助剂,在脱木质素的过程中,不仅破坏碳水化合物(纤维),使得浆率减少,而且更为严重的是在制浆的过程中形成难以处理的蒸煮黑液,由于蒸煮黑液中含有大量的木质素和化学品,是一种极其难处理的工业高浓度含固废液,无法采用已有的水处理技术解决蒸煮黑液的污染问题。目前秸秆制浆蒸煮黑液的处理方法主要有两种:一是碱回收工艺,但工艺中产生了造纸白泥二次处理的问题;二是将蒸煮黑液浓缩、复配营养元素后喷浆造粒生产木质素黄腐酸肥料,但在喷浆造粒中由于高温烘干过程产生VOCs和NH3恶臭烟气,造成二次污染,目前秸秆制浆蒸煮黑液还没有合理的治理途径,开发新型的秸秆纤维绿色分离工艺是科研人员及生产企业追求的目标。随着现代生物技术的发展,一种利用生物工程与传统制浆工艺相结合的绿色制浆技术迅速发展起来,它是在制浆过程中,原料不经过蒸煮,不排放有害黑液,实现制浆全过程的无害化生产,是制浆
中一种新颖的、独特的制取植物纤维的技术,这一过程是通过高活性生物酶替代传统制浆中采用的化学品助剂来实现的。生物酶是具有催化功能的蛋白质,是由氨基酸长链组成,长链通过不同的折叠和螺旋,形成酶分子的特定三维空间结构,它具有特殊的催化功能,表现为:(1)高效性:用酶作催化剂,酶的催化效率是一般无机催化剂的107~1013倍。(2)专一性:一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应,即酶是仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。(3)低反应条件:一般无机催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件来实现化学反应,而酶催化反应则可在较温和的常温、常压下进行。(4)安全性:目前用于工业生产的生物酶是蛋白质,由氨基酸单体链接构成,不像细菌菌体存在感染性,在自然界受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其它化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时很快变性失活而被降解。(5)环保性:生物酶具有靶向的切点,通过不同的生物酶切开不同的组织成分,将混合的底物原料分开,此过程无污染物的产生。生物酶解技术是世界各国大力推行的绿色制造技术,生物绿色制造替代传统化学制造是一种发展趋势。目前工业生产中生物酶利用受限的主要因素是酶的活性问题,采用现代基因工程技术,改良生产菌种,是获得高活性生物酶及其利用的主要途径。
技术实现思路
本专利技术是在绿色制浆理念的基础上,根据酶作用的特点和酶活条件,在制浆过程的不同阶段采用不同的生物酶促和酶解反应,替代化学品的使用来分离不同植物组分。本专利技术的目的提供一种能耗低、水耗少、无蒸煮黑液、无纤维破坏的秸秆绿色分离工艺。本专利技术的另一目的提供一种秸秆纤维。本专利技术的另一目的提供所述秸秆纤维制备方法和用途。一种秸秆纤维素,其特征在于以酶分子定向切割分离的秸秆纤维长短保存完好,克服了传统化学制浆中细小纤维被破坏的结果,长度-重量平均纤维长度0.70-1.10mm,质量-重量平均纤维长度1.10-1.50mm。所述的长度-重量平均纤维长度、质量-重量平均纤维长度均采用GB/T29779-2013方法测定。本专利技术还提供一种秸秆纤维,所述一种秸秆纤维为包含上述秸秆纤维素的纤维结构。一种秸秆纤维,其特征在于,麦草秸秆纤维品质可以达到:亮度(白度)≥53%,优选的,亮度(白度)≥55%,亮度(白度)≥60%,亮度(白度)≥65%,亮度(白度)≥70%,亮度(白度)≥75%等,或者上述任意数值的范围组合;硬度8-26K,优选的,硬度为8K、12K、15K、18K、20K、22K、26K;耐折度≥30次,优选的,耐折度≥35次,耐折度≥40次,耐折度≥45次,耐折度≥50次,耐折度≥55次,耐折度≥60次,耐折度≥65次,耐折度≥70次,耐折度≥74次,耐折度≥78次,或者上述任意数值的范围组合;撕裂指数≥3.0mN﹒m2/g,优选的,撕裂指数≥3.4mN﹒m2/g,撕裂指数≥3.8mN﹒m2/g,撕裂指数≥4.3mN﹒m2/g,撕裂指数≥4.8mN﹒m2/g,撕裂指数≥5.5mN﹒m2/g,或者上述任意数值的范围组合;抗张指数≥41.0N﹒m/g,优选的,抗张指数≥45.0N﹒m/g,抗张指数≥50.0N﹒m/g,抗张指数≥55.0N﹒m/g,抗张指数≥60.0N﹒m/g,抗张指数≥62.0N﹒m/g,或者上述任意数值的范围组合。优选的,一种秸秆纤维,其特征在于,秸秆纤维品质可以达到:亮度(白度)53-75%,硬度7-26K,耐折度30-78次,撕裂指数3.0-5.5mN﹒m2/g,抗张指数41.0-62.0N﹒m/g。所述秸秆选自麦草、稻草、玉米秸、芦苇、蔗渣、油菜秆中的一种或几种的组合。本专利技术是通过以下措施来实现的:一种秸秆分离纤维工艺,包括以下步骤:1)酶促反应加入复合酶Ⅰ,升温并维持温度在80-120℃,在间歇或连续酶解反应器中均匀搅拌,反应时段维持pH9-13,反应时间40-200min;2)酶解反应Ⅰ酶促反应完成后,加入复合酶Ⅱ,搅拌均匀,温度维持在70-100℃,酶解反应Ⅰ的反应时间为20-220min。3)酶解反应Ⅱ酶解反应Ⅰ完成后,降温至40-80℃,加入复合酶Ⅲ,反应时间30-150min。4)酶解反应Ⅲ酶解反应Ⅱ完成后,降温至30-60℃,加入复合酶Ⅳ,搅拌均匀,反应时间120-720min。5)纤维分离经过上述不同阶段的酶促和酶解反应后,通过纤维挤压设备将固液分离,固形物为植物本色的秸秆纤维;液体部分为酶解废液,从中分离出木质素产品。此纤维可以经疏解机疏解,压力筛过滤等现有制浆工艺技术处理后,得到精细的植物纤维原料。本专利技术还提供一种秸秆分离纤维工艺,包括上述酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅱ及纤维分离步骤。优选的,还包括原料预处理。本专利技术还提供一种秸秆分离纤维工艺,包括上述酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅲ及纤维分离步骤。优选的,还包括原料预处理。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种秸秆纤维素,其特征在于以酶分子定向切割分离的秸秆纤维长短保存完好,长度‑重量平均纤维长度0.70‑1.10mm,质量‑重量平均纤维长度1.10‑1.50mm。

【技术特征摘要】
1.一种秸秆纤维素,其特征在于以酶分子定向切割分离的秸秆纤维长短保存完好,长度-重量平均纤维长度0.70-1.10mm,质量-重量平均纤维长度1.10-1.50mm。2.一种秸秆纤维,所述一种秸秆纤维为包含权利要求1所述的秸秆纤维素的纤维结构。3.如权利要求2所述的秸秆纤维,其特征在于,麦草秸秆纤维品质可以达到:亮度(白度)≥53%,硬度8-26K,耐折度≥30次,撕裂指数≥3.0mN﹒m2/g,抗张指数≥41.0N﹒m/g。4.如权利要求3所述的秸秆纤维,其特征在于,秸秆纤维品质可以达到:亮度53-75%,硬度7-26K,耐折度30-78次,撕裂指数3.0-5.5mN﹒m2/g,抗张指数41.0-62.0N﹒m/g。5.如权利要求1所述的秸秆纤维素,或者如权利要求2~4任一项所述的秸秆纤维,其特征在于,所述秸秆选自麦草、稻草、玉米秸、芦苇、蔗渣、油菜秆中的一种或几种的组合。6.一种秸秆分离纤维工艺,包括酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅱ、酶解反应Ⅲ及纤维分离步骤中的一步或多步反应,其特征在于,所述工艺选自下述A、B、C或D之一:A、一种秸秆分离纤维工艺,包括酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅱ、酶解反应Ⅲ及纤维分离步骤:1)酶促反应加入复合酶Ⅰ,升温并维持温度在80-120℃,在间歇或连续酶解反应器中均匀搅拌,反应时段维持pH9-13,反应时间40-200min;2)酶解反应Ⅰ酶促反应完成后,加入复合酶Ⅱ,搅拌均匀,温度维持在70-100℃,酶解反应Ⅰ的反应时间为20-220min;3)酶解反应Ⅱ酶解反应Ⅰ完成后,降温至40-80℃,加入复合酶Ⅲ,反应时间30-150min;4)酶解反应Ⅲ酶解反应Ⅱ完成后,降温至30-60℃,加入复合酶Ⅳ,搅拌均匀,反应时间120-720min;5)纤维分离经过上述不同阶段的酶促和酶解反应后,通过纤维挤压设备将固液分离,固形物为植物本色的秸秆纤维;液体部分为酶解废液,从中分离出木质素产品;或者:B、一种秸秆分离纤维工艺,酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅱ及纤维分离步骤包:1)酶促反应加入复合酶Ⅰ,升温并维持温度在80-120℃,在间歇或连续酶解反应器中均匀搅拌,反应时段维持pH9-13,反应时间40-200min;2)酶解反应Ⅰ酶促反应完成后,加入复合酶Ⅱ,搅拌均匀,温度维持在70-100℃,酶解反应Ⅰ的反应时间为20-220min;3)酶解反应Ⅱ酶解反应Ⅰ完成后,降温至40-80℃,加入复合酶Ⅲ,反应时间30-150min;5)纤维分离经过上述不同阶段的酶促和酶解反应后,通过纤维挤压设备将固液分离,固形物为植物本色的秸秆纤维;液体部分为酶解废液,从中分离出木质素产品;或者:C、一种秸秆分离纤维工艺,包括上述酶促反应、酶解反应Ⅰ、酶解反应Ⅲ及纤维分离步骤:1)酶促反应加入复合酶Ⅰ,升温并维持温度在80-120℃,在间歇或连续酶解反应器中均匀搅拌,反应时段维持pH9-13,反应时间40-200min;2)酶解反应Ⅰ酶促反应完成后,加入复合酶Ⅱ,搅拌均匀,温度维持在70-100℃,酶解反应Ⅰ的反应时间为20-220min;4)酶解反应Ⅲ酶解反应Ⅱ完成后,降温至30-60℃,加入复合酶Ⅳ,搅拌均匀,反应时间120-720min;5)纤维分离经过上述不同阶段的酶促和酶解反应后,通过纤维挤压设备将固液分离,固形物为植物本色的秸秆纤维;液体部分为酶解废液,从中分离出木质素产品;或者:D、一种秸秆分离纤维工艺,包括酶促反应、酶解反应Ⅰ及纤维分离步骤:1)酶促反应加入复合酶Ⅰ,升温并维持温度在80-120℃,在间歇或连续酶解反应器中均匀搅拌,反应时段维持pH9-13,反应时间40-200min;2)酶解反应Ⅰ酶促反应完成后,加入复合酶Ⅱ,搅拌均匀,温度维持在70-100℃,酶解反应Ⅰ的反应时间为20-220min;5)纤维分离经过上述不同阶段的酶促和酶解反应后,通过纤维挤压设备将固液分离,固形物为植物本色的秸秆纤维;液体部分为酶解废液,从中分离出木质素产品。7.如权利要求6所述的秸秆分离纤维工艺,其特征在于,还包括原料预处理;所述原料预处理为:将麦草原料切碎为3-5cm、清洗后,放入酶解反应器;所述酶解反应器是间歇反应器或连续反应器,固液比为1:2-10;更优选的,固液比为1:3-6。8.如权利要求6或7所述的秸秆分离纤维工艺,其特征在于,所述秸秆选自麦草、稻草、玉米秸、芦苇、蔗渣、油菜秆中的一种。9.如权利要求6~8任一项所述的秸秆分离纤维工艺,其特征在于,步骤1)所述的复合酶Ⅰ,以酶活大于80000U/g为基数,折算吨秸秆...

【专利技术属性】
技术研发人员:阎永平
申请(专利权)人:深圳市龙城生物科技股份有限公司阎永平
类型:发明
国别省市:广东,44

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