一种植物纤维的固体碱蒸煮制浆的方法技术

本发明专利技术公开了一种植物纤维的固体碱蒸煮制浆的方法。该方法包括预处理、蒸煮制浆和未漂浆制备三个步骤；蒸煮制浆是将预处理后的植物纤维原料加入固体碱、Ｏ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］和水；先在１～２．５ｈ内升温至１２５～１７５℃，保温，反应后得到混合浆料；固体碱为微溶于水类的固体碱和耐水冲刷负载型固体碱类中的一种；未漂浆制备是将混合浆料经不大于４０目孔径的压力筛过滤或压榨后得到含半纤维素的纤维素固体产物的未漂浆和悬浮液。本发明专利技术蒸煮反应过程均使用环保的含Ｃａ和Ｍｇ的固体碱、Ｏ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］等清洁化学品，固体碱可用简单的方法回收，不产生污染，有利于推动蒸煮制浆清洁生产和纤维素能源乙醇与转化高附加值化学品技术的工业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物纤维应用，特别是涉及一种植物辦隹的固体碱蒸煮制浆的方法。 背景駄纤维素原料一般含有纤维素35°/"5%，半纤维素20%~30%，木质素15°/^25%。蒸煮制浆是 《顿化学方法脱除植物纤维原料的木质素成份，分离出纤维素以及部份半纤维素。蒸煮制浆魏 纸工业的重要工艺过程，也是纤维素乙醇以及未来生物质能源与化学Xik体系中的一种重要的预 处理方法。目前植物纤维原料的蒸煮制浆普遍使用含硫含苛性钠的化学品如Na2S、 Na2S04、 Na2S03、 CaS03、 NaOH和Na2C03等，蒸煮产生的废液如黑液污染负荷大，难以生化处理，造J^X寸环境的 严重污染。除{顿含硫含苛性钠化学品的制浆方法外，纤维素乙醇以及生物质能源与化工包括制 紅舰木质纤维组分分离的主要方法还有物理銜机W碎、高温條微波处理、蒸,破、 高能辐射、液态热水预处理萄、化学、攻氨处理、有机溶剂处理、臭氧处理勢，物理化学法和生 物法，这些方法有些结^U浆分离过程，达到高效分离组分的目的。物理处理方、M括球磨、压,磨、粉碎、爆破、冷冻粉碎、Y-射线、声波、电子射线等， 均可使纤维皿化、软化，以提高纤维素的酶解转化率。该方法在一般斜牛下，作用不明显。如 球磨粉碎纤维素后，酶解率随纤维素的颗粒变小而B&W上升；对于电子辐射，只有大于100Mrad 后，半纤维素和木素的结合层才受影响，而且羟基和羰基受破坏最大，结晶度下降。同时，该方 法预处理成蹄高。应用球磨48h，才可达到270目左右的细度；电子射线和Y-射线均需高f^l^荒 发生仪，设备成本高、肖继大，约占糖化总會嫩的50% 60%。还有一种是爆破法制浆，是在高 温作用下，半纤维素发生自7jC解作用CT熔化，木质素也发生部分降解，变得易被有机^喊稀碱抽提，此时突然Mffi爆破，则破坏了植物纤维的细胞结构，使纤维素酶水解糖化率提高。化争法处理方法除Na2S、 Na2S04、 Na2S03， CaS03、 NaOH和Na2C03等含硫含苛性钠蒸煮 分离外，还包括无机酸、碱、有机溶齐嘮方法，其机理主要是有效破坏粗纤维之间的化学结构，便于粗m隹物质的分解和释放，超U对组分分离的目的。用高浓度的无机酸处理原料，可分离出木质素，但是半纤维素包括纤维素被7K解成单糖，其它产物多种多样，如纤维糊精、纤维二糖、 葡萄糖、葡聚糖等，产品得,低，酸处理后废液污染严重，在纤维素乙醇的发酵过程中不易被 酵母消化利用。麟蚀性强，需要耐酸设备，成本高，并引^M导葡萄糖的分解反应，降低了产 品的纯度和得率，,稀酸进行处理，所得物料几，部MtK解成葡萄糖。但该方法存在^;剂 回收、中和、洗涤等问题。碱法处理主要是制^K工业普遍采用的含硫含苛性钠化学药品蒸煮 制桨，该法的飛隹素及半辩隹素损失较大，收率只有50%。有机激瞎煮制桨效果舰，并且易 于回收，纤维素得報高，但存在着腐to毒性等问题的限制。由于其对环境污染严重，迫切需要解决，阻碍了雜纤维素乙醇:oik中的规模化細。物理-化学方法就是将物理法与化争法有机结合，如对原料先进行NaOH预浸渍化学处理，然 后运用謂法处理样品；或者原料经物理法处理后，再经化学法反应，这样处理后的可消化性能 够达到较高的水平，但會號高，半纤维素大量损失，产生糠醛等有毒化合物，给后续废水处理或 纤维素乙醇发酵带彩隹以克服的障碍。生物法是利用自然界参与糊军木质素的微生物种类有真菌、放线菌和细菌够有效地和有选择 性地,植物纤维原料中的木质素，分离纤维素，水解得到可发酵糖。目前国际上研究最多并表 现出有效,能力的白腐真菌。白腐菌处理法作用斜牛温和，倉謝氐，具有独特的优势。但处理 时间长，造成^周期长，距实现IDlk化生产还有一定距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺点，^i共一种未漂浆得率高的、环保的植物纤维原 料的固体ra煮制浆方法。本专利技术的目的舰如下技术方案实现，包括如下步骤(1) 预处理将植物纤维原料剪切与筛分，单根或单片原料长为l-3cm;(2) 蒸煮制桨将步骤(1)预处理后的植物纤维原料加入固体碱、02、 H202和水；先在l 2.5h内升驢125 175°C，然后保温1.5 3.0h，反应后得至ij混絲料；&02和水混合后在蒸煮 前0,5 2h加入到原料中；以M比计，戶舰固体綱量为原料绝干重的10% 30%; &02用量为 原料绝干重的2% 15%;水的用量为原料绝干重的4 10倍；以ftE计，02为l 3MPa;所述 固体碱为微溶于水类的固体鹏耐水冲刷负载型固体麟；戶腿微溶于水的固体麟型为MgO、 CaO、 Mg(OH)2或Ca(OH)2;所述耐水冲刷负载型固体自型为MgO/NaY或CaO/NaY;(3)未漂浆制备混激料经不大于40目孑L径的压力筛过滤舰榨后得到含半纤维素的纤 维素固体产物的未漂桨和悬浮液。戶 的植物纟书隹原料为麦草、蔗渣、稻草、5*秆或7^才。 所述的悬浮液为含有部份半纤维素低聚糖及其M、木质素、纤维和固体碱的混合物；悬浮 液中固体卿细小纤会輕重力沉淀或离心沉淀，鄉淀鹏350 75(TC^f牛下直接燃烧重新得到 固体碱，该固体OT作步骤(2)的蒸煮制浆的固体碱；所fe^ffl小纤维^131 40目孑L径筛孔的纤 维。以重量比计，戶腿的固体繊卩纤维混^tl沉淀物中，细小乡刊隹含量不高于固体艦量的50%。 所述的悬浮液经重力沉淀或离心沉淀后，还得至lj上清液，上清液含有木质素和半纤维素低聚糖及雜，戶mi:清M:接繊千燥得到含糖的木质素。戶脱的上清赔接鄉到20%以上浓度(fl^只)，加入无机,得至啲沉淀为纯木质素。 戶脱的未漂浆经打浆后用于抄造纸张；打桨时，以重量比计，加入的7jC量为浆重量的5 20 倍，織3000 6000r/min，打桨后直接抄纸或漂白后抄微张。固体碱就是指能够化学吸附酸的固体或能使酸性指示剂变色的固体，它与均相溶液嫩目比具 有几个突出优点催化剂容易从反应混合物中分离出来，反应后催化剂容易再生；对反应设备没 有腐蚀作用；另外，固体碱催化剂在某些反应中还具有几何空间效应。固体繊中类繁多，主要有负载固体碱，如KOH负载在Si02或Al203上；阴离子交换树脂；金属氧化物及其氢氧化物BeO、 MgO、 CuO、 CaO、 BaO、 Mg(OH)2、 Ca(OH)2等；金属盐类Na2C03 ， K2C03 ， KHC03，等；混和 氧化物SiQrMgO;各种M^属或fch金属交换的^T筛。相对固体酸催化剂而言，固体催化剂的 碱性有辦殊的催化作用，因而对固体碱作为催化齐蜮载條化学工业中的应用是十分广阔的应 用前景。本专利技术舰的微溶于水的固体碱为MgO、 CaO、 Mg(OH)2或Ca(OH)2和耐7K冲刷的负载 型固体碱为MgO/NaY或CaO/NaY。相对于现有制浆技术，本专利技术具有如下优点和有益效果1) 固体碱蒸煮制浆不^ffl含硫含苛性钠化学品，避免蒸煮反应产生黑液等高污染负荷的废 水；而且本专利技术針蒸煮反腿程均f顿环保的02、 H202和固体碱等清洁化学品，不〗顿含硫或 含苛性钠的化学物质；固体碱可用简单的方法回收，因此不产生污染，提高了原料利用率，达到经济高效环保的目的，对于推动蒸煮制浆清洁妒和纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物纤维的固体碱蒸煮制浆的方法，其特征在于包括如下步骤：　（１）预处理：将植物纤维原料剪切与筛分，单根或单片原料长为１－３ｃｍ；　（２）蒸煮制浆：将步骤（１）预处理后的植物纤维原料加入固体碱、Ｏ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］ 和水；先在１～２．５ｈ内升温至１２５～１７５℃，然后保温１．５～３．０ｈ，反应后得到混合浆料；Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］和水混合后在蒸煮前０．５～２ｈ加入到原料中；以重量比计，所述固体碱用量为原料绝干重的１０％～３０％；Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］用量为原料绝干重的２％～１５％；水的用量为原料绝干重的４～１０倍；以氧压计，Ｏ↓［２］为１～３ＭＰａ；所述固体碱为微溶于水类的固体碱或耐水冲刷负载型固体碱类；所述微溶于水的固体碱类型为ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｍｇ（ＯＨ）↓［２］或Ｃａ（ＯＨ）↓［２］；所述耐水冲刷负载型固体碱类型为ＭｇＯ／ＮａＹ或ＣａＯ／ＮａＹ；　（３）未漂浆制备：混合浆料经不大于４０目孔径的压力筛过滤或压榨后得到含半纤维素的纤维素固体产物的未漂浆和悬浮液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹿，庞春生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]