利用微波技术制备纸浆的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微波技术制备纸浆的方法，其包括采用醋酸和过氧化氢的混合溶液作为制浆液，在微波反应釜中通过微波加热完成制浆，其中，醋酸的用量为原料重量的１－３倍，过氧化氢则为醋酸重量的０．５倍或更多，醋酸的浓度在３６－６７％，过氧化氢的浓度在３７－６０％，微波加热的蒸煮温度４０－１００℃，当浆液白度达到７０％或更高时，停止煮浆。本发明专利技术的方法具有降低制浆成本、制浆速度快、可以消除造纸黑液排放污染的功效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸工业中的制浆技术，尤其涉及一种利用微波技术制备纸浆的新型制浆工艺，具有降低制浆成本、制浆速度快、消除造纸黑液排放污染的功效。
技术介绍
造纸术是我国古代四大专利技术之一，它对传承文明、推动社会进步起着极其重要的作用，至今已成为社会经济发展中的重要
，而纸的应用也不只局限于文教办公领域，随着造纸技术的发展，成品纸种类的增多，纸的应用更涉及到工业、农业、医药、卫生、建筑以及军事等各种行业。随着造纸技术的发展，根据各领域对纸的使用要求不同，制造业可以有针对性地生产供不同目的使用的纸，例如普通包装用纸、高档书本用纸、高档卡纸、乃至钞票用纸等，这些纸在制造过程中对于原料以及工艺的要求也是不同的。自20世纪90年代以来，我国制浆造纸行业有了突飞猛进的发展，但是与造纸工业发达的国家相比，仍有很大差距，尤其是高档纸产品的制造技术更是与要求相差甚远，其原因一方面是国内企业的技术装备水平普遍较低，设备的能耗大，生产率低，大多只能生产低档次的的纸，总体上导致产品质量差，品种少，每年需进口数百万吨短缺产品，尤其是高档纸；另一方面是我国用于造纸的原料结构不合理，草类原料所占比例约60％，木类原料不足10％，而造纸发达国家正好相反，木原料占90％以上，这也影响了产品质量的提高和工业化生产的规模；与该原因相关的，就是由于我国造纸业的原料以草类为主，例如麦草、稻草、芦苇等，即以碱法草浆造纸为主，而且需要添加很多化学助剂，对于制浆后的造纸黑液难以进行碱回收，治理成本高导致很多造纸厂的大量废水、废气、废渣未经处理直接排放，大江、大河、湖泊、农田严重污染的现象屡见不鲜，结果是生态环境遭到破坏，给人们的生活、生产带来极大危害，所以污染问题不解决，也制约了造纸工业的发展；我国造纸业与发达国家的差距还体现在制浆工艺技术的相对落后，我国不少企业仍采用诸如硫酸盐、亚硫酸盐、氯漂等传统的工艺制浆，一是反应速度慢，从原料到成浆需时数小时，甚至数天，二是消耗大量有限的淡水(200吨以上淡水/吨浆)，三是制浆温度高，导致能耗大，一般煮浆过程要求操作温度长时间处在100-200℃以上，因此吨浆能耗高达300-400度(千瓦小时)以上，特别是在生产办公用纸或更高档纸张时，要求纸浆的白度达到70％以上，需要使用漂白剂，排放后更增加了污染，而此时的得浆率只能达到50-60％，也导致成本的提高。传统制浆工艺都经过多道工序才能完成，尤其是对于办公用纸、印刷用纸等高档纸，对预处理后的原料需要经磨浆、蒸煮、洗涤、二次蒸煮、二次磨浆、漂白等多道工序，还需要使用蒸漂剂、稳定剂、消泡剂等化学助剂，一般是在浆池中完成，不仅操作环节复杂，分离出的造纸黑液必须通过处理达到环保标准才能排放。对造纸黑液的处理必然提高制浆成本，这就是我国近年来小型造纸企业纷纷被迫倒闭的主要原因。除了常用的碱法制浆外，国外也有采用乙酸和过氧化氢混合液制浆的报道，并报道制浆过程中可加入少量盐酸作为稳定剂和催化剂，但是加热方式没有改变，仍然存在需要的加热温度高，能耗大，制浆周期长的缺陷。总之，在传统的造纸业中，尤其是碱法草浆和碱法木浆造纸中，对造纸黑液进行处理是提高造纸业水平必须要解决的技术环节，也是造纸厂要生存和发展的必要条件。处理造纸黑液的出路是回收其中的木质素产物，对于技术和资金的投入都有比较高的要求。另一方面，制浆是造纸工艺的两个主要工序之一，制浆过程中操作或条件控制不当会导致得浆率降低，而制浆过程中白度与得浆率指标之间是相互制约的，追求高的得浆率只能以降低纸浆白度为代价，不同白度的纸浆所抄出的纸张具有很大差异，即纸浆的品质也直接影响到后续抄纸工艺的效果和纸张的档次。可见，改进制浆技术，在保证纸张品质的前提下尽可能提高得浆率，缩短制浆周期，对于造纸业的发展具有很现实的社会意义和经济意义。针对制浆技术的现状，专利技术人花费了三年的时间，对制浆工艺及制浆设备进行了研究，提出了一种改进的制浆工艺。
技术实现思路
本专利技术针对现行制浆技术存在的问题，特别是高档纸生产中制浆时间长、能耗高，以及治理排放难的问题，提出一种，采用微波加热的方式，在密闭环境中完成制浆，缩短制浆和漂白的时间，有效降低能耗，且不产生三废排放。本专利技术的方法尤其针对木浆和草浆造纸工艺的制浆技术。本专利技术还提供了一种可实现该制浆方法的微波反应釜。造纸不可缺少的首要步骤就是制浆，制浆就是把植物(树木、竹子、秸杆、草类等)中纤维成分提取出来作为造纸原料，即，纸浆。植物纤维是由多种不同类型的细胞构成的，其中形状细而长的细胞成为纤维素，约占植物体的40-50％，非纤维状的细胞称为半纤维素，约占植物体的20-35％。在这些细胞间有一层粘结物质，把它们粘结在一起，构成植物体。这些粘结物质称为木质素(粘结物质中还含有少量的树脂、果胶、灰分和酚类化合物)。制浆就是通过化学方法、机械方法或化学机械相结合的方法，除去或消除细胞间的粘结作用，即除去木质素，使细胞彼此分离而成为纸浆。从理论上讲，除去木质素的关键是设法破坏木质素分子结构中的碳链(主要指分子结构中苯丙烷上的丙基与苯环间的断裂)。木质素是在酸作用下难以水解的相对分子量较高的物质，主要存在于木质化植物的细胞中，具有强化植物组织的功用，制浆的过程就是化解原料中的木质素分子与纤维素的结合，分离出纤维素或半纤维素成分成为纸浆，进入后续的抄纸工序，而分离后的滤液就是最让人头痛，也是必须进行治理的造纸黑液。木质素是化学结构为苯基丙烷类结构单元组成的复杂化合物，含有多种活性官能团，很难化解，本案专利技术人经过多次试验，发现采用微波加热的方法，在微波辐照下，可以加速原料中木质素的化解，传统的碱法需要数小时乃至更长时间才能化解的成分(主要是木质素的影响)，现在只需要几分钟就能达到目的。分析原因应该是因为在微波作用下，物料的分子振动加快(当达到或接近分子的固有频率时将引发分子的共振)，即，促进浆液中的木质素分子加速振荡而导致木质素分子的化学键更容易断裂。基于这样的结论，本专利技术提出采用醋酸与过氧化氢混合液作为制浆液(或称化解液)，同时利用微波辐照技术，可以替代目前的制浆工艺，缩短了制浆周期，更避免了传统的化学方法造成环境与淡水的严重污染。根据本专利技术提供的，其特征在于采用醋酸和过氧化氢的混合溶液作为制浆液，在微波反应釜中通过微波加热完成制浆，其中，醋酸的用量为原料重量的1-3倍，过氧化氢则为醋酸重量的0.5倍或更多，微波加热的蒸煮温度40-100℃，当浆液白度达到70％或更高时，停止煮浆。本专利技术的方法制浆和漂白同时完成，无需另行漂白，即，得到的纸浆可直接供后续抄纸使用。根据本专利技术的制浆工艺，过氧化氢与醋酸的加入量之比不应低于1∶2，综合考虑优选在1-1.5∶2；而过氧化氢的浓度要求在37％以上，最好在37-60％，醋酸的浓度则最好在36-67％。根据本专利技术的方法，对于所使用的制浆液，如果在制浆作业前利用醋酸与过氧化氢之间的反应性预先处理，使之生成过氧乙酸，然后使用该即时配制的过氧乙酸液立即开始制浆操作，结果显示，制浆时间的缩短，得浆率的提高等方面更为突出。该预先处理的具体做法可以有多种，例如可以使用折算后符合上述要求的醋酸和过氧化氢进行反应而得到，具体方法包括在低于室温的温度下(≤25℃)向醋酸中搅拌的同时加入部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用微波技术制备纸浆的方法，其特征在于，包括采用醋酸和过氧化氢的混合溶液作为制浆液，在微波反应釜中通过微波加热完成制浆，其中，醋酸的用量为原料重量的１－３倍，过氧化氢则为醋酸重量的０．５倍或更多，醋酸的浓度在３６－６７％，过氧化氢的浓度在３７－６０％，微波加热的蒸煮温度４０－１００℃，当浆液白度达到７０％或更高时，停止煮浆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾繁寿，
申请(专利权)人：曾繁寿，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]