一种工厂化条件下龙须草/红麻韧皮生物制浆工艺制造技术

本发明专利技术涉及工厂化条件下进行红麻韧皮、龙须草等草本材料生物制浆实用的高效节能清洁型生产工艺，为生物制浆方法在造纸行业广泛应用构建成技术创新平台。其技术方案包括备料、配液、草料接种、湿润发酵、洗涤、轧干、脱壳、喷浆（半浆）、筛浆、沉渣、漂白、磨浆、制板等工序。采用本发明专利技术技术方案生产的龙须草纸浆的品质指标优于阔叶木浆，红麻韧皮纸浆的品质指标优于针叶木浆。该发明专利技术具有低耗、节能、高产、优质、污染轻等特点。与常规化学制浆工艺比较，①烧碱用量减少７０％以上；②动力能耗节省２０％左右；③细浆得率提高４～６个百分点；④工业综合废水工业废水水质单一，直接进入生物氧化处理易于达标，污水处理成本节省７０％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸工业在工厂化条件下进行红麻韧皮、龙须草等草本材料生物制浆实用的高效节能清洁型生产工艺。二、专利技术背景(一)国内外制浆造纸工业的现状造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。在经济发达国家，纸及纸板消费量增长速度与其国内生产总值增长速度同步。在现代经济中所发挥的作用已越来越多地引起世人瞩目，被国际上公认为“永不衰竭”的工业，在美国、加拿大、日本、芬兰、瑞典等经济发达国家，造纸工业已成为其国民经济十大支柱制造业之一。造纸工业产品作为生产资料用于新闻、出版、印刷、商品包装和其他工业领域的有80％以上，用于人们直接消费的不足20％。当今世界各国已将纸及纸板的生产和消费水平，作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。我国1995～1999年纸及纸板生产量年均增长4.8％，消费量年均增长7.4％，进口量年均增长21.1％，国产纸自给率由89％降到82％。近年来，我国业已成为世界第二大纸张消费国，第三大纸张生产国。其纸及纸板的总消费量为3520～3600万吨，年进口量650余万吨，出口量30万吨左右，人均消费量27.8公斤；生产量3000万吨左右，产品品种600多种，基本上能够满足现有较低消费水平的需求。但是，产品有效供给与需求失衡，产品品种、质量、档次难以满足纸业市场需求快速增长与品种多样化要求。目前，我国造纸产业存在三个结构不合理的突出问题是高档纸浆比重低，企业规模小，中高档纸生产能力不足；两个难点问题是污染治理负担重和建设资金不足。人类对植被的不合理开发利用，导致水土流失已成为世界各国政府和人民十分关注的大事。尽管国内外通过植树种草、封山育林(恢复植被)和坡改梯等工程措施来治理和防止水土流失，终因工程投入大，难度高而未能在短期内达到预期目标。因此，破坏生态的“罪魁祸首”一一造纸工业不得不选择新的造纸原料、寻求新的制浆工艺。鉴于红麻单位面积的纤维产量比木材高，纤维品质比较好，再生速度比较快，因而，被国际黄麻组织(IJO)推荐为21世纪最具竞争力的、可持续发展的造纸工业纤维资源。龙须草，又名蓑草，拟金茅或羊胡子草，系多年生禾本科拟金茅属草本植物。龙须草作为一种野生植物资源，其经济、生态和社会综合开发价值很高。龙须草草长而且没有节，木素含量低、纤维含量高。龙须草纤维细长柔软、质韧、匀整、杂细胞含量少、长宽比值大(平均超过200倍)，用做造纸原料易成浆、易漂白、得率高，所抄成的纸张有较好的物理性能，因而它是制造高档纸的优质原料，其纤维含量和品质是草本纤维原料的佼佼者，并优于湿地松、杨树、桦木和毛竹等，故利用它来造纸可节省大量木材，同时，龙须草产量高，对气候、水土条件要求不高，能在荒山荒坡上生长，因此种植龙须草，利用龙须草制浆造纸将有利于山区经济发展，保持水土，实现经济效益、生态效益和社会效益的统一。(二)国内外制浆造纸工业的发展趋势二十世纪60年代，美国科学家就开展了利用红麻纤维进行制浆造纸的研究。70年代，美国的红麻造纸进入了工厂化生产阶段。80年代，泰国的凤凰造纸厂利用红麻造纸获得成功；澳大利亚、中国等也相继开展了红麻造纸试验和研究。由于红麻纤维包裹于植物的韧皮部，伴生有大量果胶、半纤维素、木质素等非纤维素物质，包埋、包被在纤维细胞壁内外或镶嵌于纤维素分子之间，很难采用简单方法予除去，工厂化制浆生产只得借用其他草本纤维制浆采用的以化学试剂蒸煮为中心的“化学试剂蒸煮法”，来除去这些非纤维素物质以获得纯净纤维素纤维用做造纸原料。“化学试剂蒸煮法”是将化学试剂(氢氧化钠、亚硫酸盐等)配成一定浓度的溶液，然后把草本植物材料(芦苇、龙须草等)浸泡其中并加热蒸煮数小时，用以除去非纤维素而提取纯净纤维的过程。其工艺流程为备料→装料→添加化工原料→蒸煮→冲洗→打浆→洗浆(漂白)→磨浆→制板(产品)。该方法不仅消耗大量化工原料和能源，而且损伤纤维产量和品质、严重污染环境。为了解决“化学试剂蒸煮法”进行草本纤维提取方法存在的诸多问题，国内外广泛开展了“微生物酶降解非纤维素”的方法研究。孙庆祥等(1985)在国内外率先研究形成了“苎麻细菌化学联合脱胶技术”，并在大规模生产应用中获得成功。刘正初等(1995)专利技术了“苎麻生物脱胶工艺技术与设备”。印度Bhattacharyya SK等(1981)研制成了用于处理黄麻的“真菌培养物”。1993年报道的生产应用试验结果表明采用“真菌培养物”处理农民脱胶不符合质量要求的等外黄麻2-3天，可以使熟麻品质提高2-3个等级。Paul D等(1987)研制出“混合细菌培养物”，做过30克苎麻脱胶实验。1993年报道用“混合细菌培养物”处理黄麻2-5天，可以完成脱胶但不损伤纤维。孟加拉Mohiuddin G等(1992)采用酶制剂处理脱胶质量不好的黄麻可以使其纺织产品提高1个等级。Shamsul Haque等(1999)采用Aspergillus sp.在29-30℃下处理等外黄麻10-12天，可以使纤维提高2个等级。刘正初等(2002)采用质粒DNA转化方法构建出一个高效菌株CXJZ95-198并形成了“一种草本植物纤维工厂化脱胶或制浆用高效菌剂制备方法”(专利申请号02108820.9)，同时研究形成了“一种高效节能清洁型红麻韧皮生物制浆工艺”(专利申请号02108682.6)，还获得中试鉴定成果“高效节能型龙须草生物制浆技术”。这些研究结果表明，采用纯培养菌剂或从纯培养液中提取酶制剂来降解草本植物果胶、半纤维素、木质素的方法，不仅可以确保纤维产量和品质，而且可以降低生产成本、减轻环境污染。(三)拟解决的关键问题在本所于实验室研究草本材料生物制浆技术获得成功的基础上，利用现行造纸厂已有工艺设备进行工厂化条件下的中试和生产应用试验，解决采用CXJZ95-198高效菌剂进行红麻韧皮、龙须草等草本材料生物制浆的核心技术问题如草料接种、湿润发酵、脱壳等，研究形成“一种工厂化条件下龙须草/红麻韧皮生物制浆工艺”用于生产实践，为生物制浆方法在造纸行业广泛应用打开缺口，构建深入开展生物制浆技术研究的技术创新平台。
技术实现思路
本专利技术拟采用的技术方案包括备料、配液、草料接种、湿润发酵、洗涤、轧干、脱壳、喷浆(半浆)、筛浆(粗、细)、沉渣、漂白、磨浆、制板等工序。(一)备料 将草本材料除杂、理直后剪切成3.5cm±0.5cm的片段，备用。采用浸泡接种方式时，应将草料装载于一个可以快速沥水的吊篮(特制)中。(二)配液与浸泡接种 按草料对液体为1∶10～15的比例灌自来水到配液桶并用蒸汽调节水温到36℃±1℃，再添加NH4H2PO40.01％(对水而言)和MgSO4·7H2O0.01％(对水而言)，一边搅拌一边添加“高效菌剂”稀释，使其活菌含量在8.0×106cfu/ml以上，再把装载草本材料的吊篮浸泡于其中处理10-15分钟，排除余液，吊篮装料密度100kg±10kg/m3。(三)配液与喷洒接种 按草料对液体为1∶2.3±0.3的比例灌自来水到配液桶并用蒸汽调节水温到36℃±1℃，再添加NH4H2PO40.02％±0.01％(对水而言)和MgSO4·7H2O 0.02％±0.01％(对水而言)，一边搅拌一边添加“高效菌剂”稀释，使其活菌含量在5.0×10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工厂化条件下龙须草／红麻韧皮生物制浆工艺，技术方案包括：备料、配液、草料接种、湿润发酵、洗涤、轧干、脱壳、喷浆（半浆）、筛浆、沉渣、漂白、磨浆、制板等工序。其特征在于按草料对液体为１∶１０～１５的比例灌自来水到配液桶并用蒸汽调节水温到３６℃±１℃，再添加ＮＨ↓［４］Ｈ↓［２］ＰＯ↓［４］０．０１％和ＭｇＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ０．０１％，一边搅拌一边添加“高效菌剂”稀释，使其活菌含量在８．０×１０↑［６］ｃｆｕ／ｍｌ以上，再把装载草本材料的吊篮浸泡于其中处理１０－１５分钟，排除余液，吊篮装料密度１００ｋｇ±１０ｋｇ／ｍ↑［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正初，彭源德，冯湘沅，邓硕苹，段盛文，郑科，
申请(专利权)人：中国农业科学院麻类研究所，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]