一种全棉秆制备溶解浆的方法技术

本发明专利技术公开了一种全棉秆制备溶解浆的方法。本发明专利技术采用有机醇和碱预处理提取半纤维素及去除脂肪类和蜡质等物质；有机醇辅助硫酸盐蒸煮法去除木质素制浆；有机酸后处理去除残余灰分无机盐等。该方法包括以下步骤：A、将备好的棉秆进行预处理；B、预处理后的棉秆浆进行乙醇辅助的硫酸盐法蒸煮；C、有机酸后处理去除残余灰分；D、螯合处理及漂白。本发明专利技术的有益效果是：1、有机醇辅助碱预处理、有机醇改进硫酸盐法蒸煮和有机酸后处理工艺，反应条件温和，温度低、时间短，生产效率高。2、得到的棉秆溶解浆性能较好，同时也满足了粘胶纤维用溶解浆的质量要求。α‑纤维素含量达到90%以上，多戊糖含量低于1.39%，灰分含量低于0.06%。

【技术实现步骤摘要】
一种全棉秆制备溶解浆的方法
本专利技术属于生物质高值化综合利用领域，涉及一种“顽固性”(木素和灰分含量高且难去除)非木材纤维原料高效的制浆技术，具体涉及一种全棉秆制备溶解浆的方法。
技术介绍
随着能源短缺、环境污染和气候变化形式的日益严峻，农作物秸秆综合利用产业成为引领当代世界科技创新和先进生产力发展的又一个新的主导产业。我国棉花种植面积大，棉秆资源十分丰富，是一种不容忽视的非木材纤维资源，所以对棉秆高附加值利用的研究很有必要。就其化学成分来说，棉秆的纤维素含量为70.4％(质量分数，下同)，Klason木素含量为24.5％，灰分含量为5.7％，此外还含有少部分的苯-醇抽出物等物质。要想制备溶解浆，其主要是提高纤维素纯度，去除绝大部分的半纤维素、木质素和灰分。棉秆制备溶解浆，主要是除去其中的木素、灰分、蜡质及半纤维素，同时伴随着纤维素聚合度降低的过程。传统的制浆方法是亚硫酸盐法和预水解硫酸盐法，之后是漂白，从而溶出木素、半纤维素，降低纤维素的聚合度，并去除其他的杂质。酸性亚硫酸盐曾经是最主要的制备溶解浆的方法，但是目前国内采用亚硫酸盐法的工厂比较少，原因包括两点：一是酸性亚硫酸盐法制备溶解浆，对原料的要求比较高，它只适用于树脂含量少，聚戊糖含量比较低的原料；二是亚硫酸盐法蒸煮后的红液，盐基回收比较复杂；因此这两个原因很大程度的限制了亚硫酸盐法制备溶解浆的发展。但是亚硫酸盐法制备溶解浆也有其特定的优势，其得率比预水解硫酸盐法制备溶解浆的得率高，亚硫酸盐法制备的溶解浆白度高，同时亚硫酸盐法可以制备一些聚合度要求高的溶解浆。预水解硫酸盐法是指原料在采用硫酸盐法蒸煮之前，先对原料进行酸、水或者其他试剂预处理，除去木材中的半纤维素，同时提高了浆粕的反应性能。其制备的溶解浆具有ɑ-纤维素含量高、半纤维素含量比较低的特点，另外，硫酸盐法本身对原料的适应性广、碱回收工艺完善等特点，因此预水解硫酸盐法是目前国内生产溶解浆的主要工艺。中国申请专利200810042384.8公开了一种预水解碱法蒸煮制备竹子溶解浆的方法。预水解的条件是：硫酸或者盐酸的浓度为0.1％～1.0％，液比4:1～15:1，温度80℃～140℃，反应时间30min～400min，预水解后用碱法蒸煮。中国申请专利20110088433.8公开了一种利用桉木制备溶解浆的方法。首先将桉木片进行预蒸汽处理：固液比为3:1～10:1，水解反应1h～4h，反应温度120℃～180℃。预水解后用硫酸盐法蒸煮，蒸煮条件为：用碱量16％～24％，硫化度为20％～40％，蒸煮温度为140℃～170℃，固液比1:3～1:6，蒸煮时间为1h～4h。上述专利都采用传统的预水解后进行碱法蒸煮的工艺，存在着浆中金属离子难去除、后续漂白药剂消耗大等问题。另外，传统的预水解硫酸盐法一般是在酸性条件下进行的，并且预水解条件比较剧烈，温度较高，碱性水解和剥皮反应剧烈。制备溶解浆的原料大都为木材、竹子及棉短绒等灰分含量极少的植物纤维，对于自身具有“顽固性”(木素和灰分含量高且难去除)的棉秆来说，选择的工艺流程必须有效去除灰分、木质素、半纤维素，并且不会引入其他金属离子，从而达到溶解浆的标准。除了采用预水解硫酸盐法和亚硫酸盐法蒸煮技术制备溶解浆外，有机溶剂技术也被用来生产溶解浆。有机溶剂制浆采用包括有机醇和有机酸等作为蒸煮剂。朱美静对棉秆采用甲酸预水解和蒸煮制浆，经二氧化氯和过氧化氢漂白制备可纺织用的溶解浆，其制备工艺流程和条件为：预水解时，甲酸浓度10％，时间120min，温度80℃；蒸煮时，乙醇用量50％，硫化度23％，温度130℃～160℃，时间30min～150min。之后在高温条件下，碱洗和有机溶剂洗涤，两段漂制备棉秆浆粕。所得棉杆浆粕的主要成分为：α-纤维素为75.9％，多戊糖11.2％，酸不溶木素为3.7％，灰分为2.7％。详细参照朱美静.基于有机溶剂法从棉秆资源中提取再生纤维用纤维素[D].西安工程大学,2015。该蒸煮提取棉秆纤维素的工艺条件相对苛刻，后续洗涤工艺的温度较高，这会造成棉秆浆粕的降解，并且所得棉秆浆粕的木质素和灰分含量依旧比较高。北京化工大学的梁芳等人采用甲酸蒸煮法制备竹子溶解浆，其制备工艺流程和条件为：甲酸浓度88％(质量分数，下同)，过氧化氢用量3.6％，液比是1:8，浸渍时间为120min。第一段，在80℃条件下反应120min；第二段是直接升温到95℃反应180min；第三段是将蒸煮液抽滤后，加入新的甲酸和过氧化氢，，在80℃条件下反应120min。经过三段蒸煮工艺制得的竹浆经14％(相对于绝干浆)的过氧化氢漂白后制得白度达到91％ISO白度的竹浆粕，ɑ-纤维素含量达到94％以上，特性粘度接近800ml/g。详细参照梁芳,刘亚康,汤志刚,等.Milox溶剂法制漂白竹浆的研究[J].中华纸业,2007,28(4):40-43。以上蒸煮生产溶解浆的工艺流程比较复杂，且时间长、甲酸或乙醇用量大，更重要的是，在蒸煮之前未进行预处理。另外，竹子灰分含量比较少，因此不必考虑后续处理工艺残余灰分对浆粕的影响。而对于棉秆制备溶解浆，由于灰分含量高，在处理工艺中必须考虑灰分去除的效率。由于单独的有机醇蒸煮时木素的脱除是一个自由基的反应过程，木素的溶出主要依赖于体系的酸度，来自于纤维分离过程中原料的碳水化合物水解产生的酸。对木素含量高且难去除的棉秆来说，单独依靠有机溶剂法中体系的酸度很难达到大量脱木素的目的。但是有机醇对生物质原料具有很好的润胀能力，减少蒸煮液的表面张力，提高试剂的渗透性，从而使蒸煮液更容易渗透到细胞壁中，提高蒸煮效率。本专利在蒸煮棉秆前的有机醇和碱预处理，可以使绝大部分的半纤维素溶出，半纤维素可分离进行高值化利用。另外，乙醇的加入使原料孔隙率和比表面积增大，为后续蒸煮脱木素、提高反应速率及提高浆得率带来有利条件。乙醇辅助传统硫酸盐法深度脱木素和后续相对温和条件下的有机酸处理，深度脱木素且大大减少灰分含量。总体操作简单，温度相对较低，药剂用量少，得到的棉秆浆粕纤维素含量较高。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种全棉秆制备溶解浆的方法。本方法以全棉秆为原料，并采用无酸预处理、乙醇辅助硫酸盐法蒸煮和乙酸后处理的方式生产溶解浆。基于对纤维原料全面有效地高附加值利用的理念，在以纤维素为主要成分的溶解浆生产过程中，充分考虑对纤维素原料中的半纤维素和木质素进行高值化利用，同时针对目前溶解浆生产过程复杂，且反应时间长，反应试剂用量多等问题，提出一种乙醇和碱预处理的有机溶剂改进硫酸盐蒸煮的制浆方法，并且利用有机酸洗的方法减少灰分含量，提高浆粕性能。本专利技术通过以下技术方案实现。一种全棉秆制备溶解浆的方法，包括以下步骤：A、备料：将棉秆粉碎，然后洗涤，除去沙粒、粉尘等杂质，再烘干；B、预处理：向烘干后的棉秆中加入碱和有机醇进行预处理；C、乙醇辅助硫酸盐蒸煮方法，蒸煮液蒸馏后回收利用：向步骤B过滤所得滤渣中加入碱、硫酸盐和乙醇进行蒸煮；D、筛浆：蒸煮后筛浆，筛选出良浆用流水洗至中性备用；E、浆料进行乙酸后处理，去除残余灰分：向步骤D所得滤渣中加入乙酸进行酸洗；F、浆料进行漂白：将酸洗后的浆料进行螯合处理、H2O2及ClO2漂白处理，得到溶解浆。优选的，步骤A所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全棉秆制备溶解浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将棉秆粉碎，然后洗涤、烘干；B、向烘干后的棉秆中加入碱和有机醇，得预处理液，然后进行预处理；C、向步骤B过滤所得滤渣中加入碱、硫酸盐和乙醇，得蒸煮液，然后进行蒸煮；D、蒸煮后筛浆，筛选出良浆用流水洗至中性备用；E、向步骤D所得滤渣中加入乙酸，得酸洗液，然后进行酸洗；F、将酸洗后的浆料进行螯合处理、H2O2及ClO2漂白处理，得到溶解浆。

【技术特征摘要】
1.一种全棉秆制备溶解浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将棉秆粉碎，然后洗涤、烘干；B、向烘干后的棉秆中加入碱和有机醇，得预处理液，然后进行预处理；C、向步骤B过滤所得滤渣中加入碱、硫酸盐和乙醇，得蒸煮液，然后进行蒸煮；D、蒸煮后筛浆，筛选出良浆用流水洗至中性备用；E、向步骤D所得滤渣中加入乙酸，得酸洗液，然后进行酸洗；F、将酸洗后的浆料进行螯合处理、H2O2及ClO2漂白处理，得到溶解浆。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B所述有机醇为乙醇。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B的预处理过程中，浆料的浓度为10wt%，有机醇加入量为3~12wt%，碱加入量为1~6wt%；所述有机醇加入量和碱加入量均基于预处理液的质量。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B所述预处理的温度为40℃~80℃，预处理的时间为30min~90min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C的蒸煮过程中，在传统硫酸盐法蒸煮条件下，加入乙醇蒸煮，蒸煮条件如下：碱的用量为18~22wt%，硫化度为21~25wt%，乙醇的用量为0~5wt%，蒸煮液与棉秆绝干量的质量比为10:1~20:1；所述碱的用量和乙醇的用量均基于蒸煮液的质量。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽红，郭淑红，何北海，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44