一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法技术

本公开涉及一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，利用农作物小麦的废弃物作为制浆原料，采用常压热水处理麦草，同时加微量碱调节热水的pH值在10‑14，待麦草中溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质后，麦草饱和软化后，进行螺旋挤压处理，使麦草物理分丝，然后进行生物酶处理，生物酶处理后，纤维进一步软化，然后对麦草进行磨浆，达到生产原色包装类纸和纸基材料的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法
本公开属于造纸技术与新材料领域，具体涉及一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。造纸工业是重要的基础原材料产业，在国民经济中占有十分重要地位。与社会发展和社会文明息息相关，纸及纸板的消费水平是衡量一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。2016年我国纸浆进口达2106万吨，废纸进口达2850万吨，造纸纤维原料的进口依赖程度接近50％，废纸的大量进口弥补了我国纤维原料的缺口，支撑了造纸业的发展。2017年4月中央发布了《关于禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，明确规定从今年底起我国将禁止进口未经分选的废纸。2018年废纸进口总额为2017年的33％，到2020年，我国禁止进口废纸。我国正面临着每年的缺少2600万吨左右的造纸原料。传统造纸行业资源短缺的问题将进一步突显。尽快解决造纸原料紧缺问题迫在眉睫。麦草原料作为极具中国特色的制浆造纸植物纤维资源之一，在我国造纸工业的发展历程中一度发挥了举足轻重的作用，在制浆原料结构中曾经占据相当重要的地位，为我国的制浆造纸工业发展，乃至整个国民经济的建设做出了重大的贡献。但是目前制浆造纸过程中，一般只利用麦草秸秆，而将麦叶、叶鞘等去除，无法实现小麦收割废弃物的全利用。
技术实现思路
针对
技术介绍
，本公开提出一种全麦草废弃物热水处理协同生物酶处理的生物机械浆的制备工艺。具体技术方案如下：在本公开的第一个方面，提供一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:4-1:8的液比对麦草进行热水处理，同时添加微量碱，调节热水的pH值为10-14，处理温度为80-100℃，时间为15-60min；(2)热水处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。在本公开的第二个方面，提供采用上述方法制备得到的生物机械浆。在本公开的第三个方面，提供所述生物机械浆在制备瓦楞纸或箱板纸非面层纸中的应用。在本公开的第四个方面，提供采用所述生物机械浆制备得到的纸基材料。与本专利技术人知晓的相关技术相比，本公开其中的一个技术方案具有如下有益效果：本公开利用小麦草废弃物为原料，采用生物技术和机械方法，在保证造纸废水循环利用，不增加废水排放、不造成环境污染的情况下，研制出了优良的生物机械浆制备方法，在很大程度上解决造纸纤维原料短缺的问题。同时，农业剩余物得到高附加值利用，可与“三农”问题有效对接，从源头上杜绝农作物废弃物的焚烧，实现经济和社会效益双丰收。本公开针对全麦废弃物(麦草秸秆、麦叶和叶鞘)，首次提出了小麦收割废弃物的全利用技术，提出了热水饱和软化、原色生物机械浆的新概念；首次提出了热水协同碱性复合生物酶制备高强度原色生物机械浆的新工艺新技术，该技术较传统的机械浆相比较，可节省磨浆能耗40％以上，各项物理指标达到了生产包装纸和纸基材料的要求。尤其是在瓦楞纸和箱板纸非面层等包装纸和纸基材料方面具有较为广泛的应用。本公开利用农作物小麦的废弃物作为制浆原料，采用常压热水处理麦草，同时加微量碱调节热水的pH值在10-14，待麦草中溶出部分半纤维素、木素、果胶等物质后，麦草饱和软化后，进行螺旋挤压处理，使麦草物理分丝，然后进行生物酶处理，生物酶处理后，纤维进一步软化，然后对麦草进行磨浆，达到生产原色包装类纸和纸基材料的要求。尤其是在瓦楞纸和箱板纸非面层等包装纸和纸基材料方面具有较为广泛的应用。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。本公开中，液比是指原料的蒸煮液比，液比:蒸煮绝干原料重量与蒸煮总液量体积之比。在本公开的第一个典型的实施方式中，提供一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:4-1:8的液比对麦草进行热水处理，同时添加微量碱，调节热水的pH值为10-14，处理温度为80-100℃，时间为15-60min；(2)热水处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。本公开中使用的原料是获取小麦粮食后的废弃物麦草，包括麦叶、秸秆和叶鞘，其中，不同部位其化学组成和化学结构不同，在化学组成方面，麦叶和叶鞘的灰分、碱抽出物和戊聚糖含量都高于秸秆部位，纤维素含量远低于秸秆部位；在化学结构方面，秸秆部位的纤维较长，而且茎基部比茎中部要长，麦叶和叶鞘的纤维细胞比秸秆部位短且粗。可见，不同麦草部位其原料结构和化学组成和纤维形态十分不均匀，对后续制备优异性能的浆液造成了很大的困难。一般来讲，现有技术中采用草类秸秆造纸的较多，但是经过本申请人的创新研究，得到一种针对全麦废弃物的制浆技术，通过该制浆技术，能够提高各麦草部位的利用率，得到表面强度较高的纸基材料。而通过该技术制备得到的生物机械浆的纤维均匀度好，尤其适合制备瓦楞原纸和箱板纸非面层等包装纸和纸基材料，可替代进口废纸原料。步骤(1)中，将废弃物麦草切成3-6cm长的备用原料，风干。步骤(1)中，所述的液比为1:4-1:8(g/mL)，经过大量的实验验证与分析，采用该液比的溶液在一定时间后，麦草中含水pH逐步下降，从而使得制备得到的生物机械浆的pH呈中性或弱碱性。步骤(1)中，添加微量碱，调节热水的pH值为10-14，在热水中添加的碱的目的是：一方面可以使麦中溶出少部分的半纤维素、木素和果胶等物质，另一方面，辅助热水尽快的将麦草软化，为下一步螺旋挤压做基础。步骤(1)中，热水处理温度为80-100℃，时间为15-60min，在处理结束的时候麦草的pH值达到7-9。经过试验验证，温度过低的话，无法实现全麦草热水饱和软化，影响后续的分丝效果。步骤(2)中，采用螺旋挤压机进行挤压分丝，工艺条件是：螺旋挤压机的压缩比控制在1：(3-6)。饱水软化后的麦草在螺旋挤压机中受到剪切、拉伸、扭转和压制等各种力的综合作用，进一步使得麦草中的半纤维素溶出，纤维受到一定程度的损伤，螺旋挤压显著改善了麦草的生物酶的渗透性能，使得生物酶的作用效果更好，用量降低。经过试验验证，将压缩比控制在1：(3-6)，对纤维长度的降低影响较小，长纤维组分变化较小。步骤(3)中，液比控制在1：3-8(g/mL)。针对挤压之后的特定麦草废弃物原料，选择的碱性生物复合酶为木聚糖酶、纤维素酶和果胶酶三种酶的复配酶，总用量是：10-80IU/mL，木聚糖酶、纤维素酶和果胶酶的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:4‑1:8的液比对麦草进行热水处理，同时添加微量碱，调节热水的pH值为10‑14，处理温度为80‑100℃，时间为15‑60min；(2)热水处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40‑60℃，处理时间为30‑90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。

【技术特征摘要】
1.一种热水处理协同生物酶处理的生物机械浆制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)以获取小麦粮食后的废弃物麦草为原料，按照1:4-1:8的液比对麦草进行热水处理，同时添加微量碱，调节热水的pH值为10-14，处理温度为80-100℃，时间为15-60min；(2)热水处理结束后，将麦草进行挤压分丝；(3)将分丝后的麦草与碱性生物复合酶进行作用，处理温度为40-60℃，处理时间为30-90min；(4)将生物处理后的麦草进行磨浆。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，将废弃物麦草切成3-6cm长的备用原料。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中，在处理结束的时候麦草的pH值达到7-9。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(2)中，采用螺旋挤压机进行挤压分丝，工艺条件是：螺旋挤压机的压缩比控制在1：(3-6)。5.如权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉兴香，陈嘉川，王东兴，田中建，王瑞明，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，山东世纪阳光纸业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37