从植物体中提取纤维的绿色工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种分段式的从植物原料中高效、高收率提取纤维的绿色工艺。其流程是先用石灰水（或电石渣水溶液）或稀碱浸润或／和浸泡植物原料，再进行蒸或煮，最后打浆或爆破喷放、洗浆得到纤维。本发明专利技术还可以综合开发利用木质素和提取液，实现植物体的全价开发。本工艺提取液可以作为植物、微生物和藻类等生物的营养源循环利用，突破了绿色和生态产业的关键技术瓶颈，对循环经济、可持续发展战略，从生物质获得能源、新材料、生物营养源等具有重大的理论和应用价值，极其广泛深远的社会效益、经济效益和生态效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分段式的从植物原料中高效、高收率提取纤维的绿色工艺。其流 程是先用石灰水(或电石渣水溶液)或稀碱液浸润或/和浸泡植物原料，再进行蒸或煮，最 后打浆或爆破喷放、洗浆得到纤维。本专利技术还可以综合开发利用木质素和提取液，实现植物 体的全价开发。
技术介绍
纤维的最重要用途是造纸，纸是国民生产生活中的必需品。统计数据显示，我国纸 与纸板的消费量由1994年的2430万吨增加到2004年的5440万吨，占世界总消费量的比例 由9. 1 %提高到13. 2%。2006年我国纸与纸板消费总量为6600万吨，进口量3216万吨，年 增长率11. 3%位居世界第二位，仅次于美国。2008年全国纸及纸板消费总量为7935万吨， 人均年消费量为60千克(13. 28亿人)，进口量358万吨。2000 2008年，纸及纸板生产 量年均增长12. 78%，消费量年均增长10. 48%。2008年比2000年生产量增长161. 64%, 消费量增长121. 96%。，位居世界前列，近年来仍呈现增长趋势。纤维在另一个潜在的应用领域——水解合成葡萄糖再发酵成酒精或其他有机物， 作为化工原料和车用燃料等潜力巨大。因此，专利技术低成本、高收率的纤维清洁提取技术，着 眼于植物体的全价开发利用，具有巨大的社会效益、经济效益、生态效益。石灰法造纸是我国古代的四大专利技术之一，其工艺流程为①切料--^②洗涤--^③浸石灰水--^④蒸煮--^⑤舂捣--^⑥打浆--^⑦抄纸--^⑧晒纸--^⑨揭纸。但由于石灰水浸泡工艺效率低、耗时长、纤维质量差、耗水量大、难以大规模生产，已被现有制浆工艺取代。烧碱法或硫酸盐法是目前造纸工业普遍采用的方法，烧碱作为纤维提取过程中的 常用化工原料，在制浆原料蒸煮过程中可有效促进纤维素与木质素的碱解分离。在烧碱法 制浆过程中，烧碱的浓度为5% 15%，碱的添加量为制浆干料的17%左右；在硫酸盐法制 浆中，不但大量耗碱，而且还需添加大量的硫化钠、蒽醌等助剂。两种工艺都存在着纤维得 率低、物耗能耗大、“三废”严重的问题。造纸黑液中相当量的木质素、水解的纤维素、半纤维 素、蛋白质、糖、单宁、核酸、钾盐等有用的物质没有被很好的利用而违规排放，虽现有大型 制浆厂通过浓缩、焚烧，苛化法回收套用碱，虽部分解决了制浆黑液的污染问题，但浪费了 大量资源，且设备投资大、成本高、能耗大，同时产生含有二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二 噁英等废气和含有大量的木质素、水解的纤维素、半纤维素、蛋白质、糖、单宁、核酸、钾盐等 的洗涤废水以及夹带大量残碱、硫化碱、硅铝酸盐等以碳酸钙为主的白泥废渣等，导致了严 重的环境污染。现有造纸工艺的原料，例如竹子、木材等纤维提取工艺一般是采取用10% 20% 的碱与硫化钠混合，在液比为1 2.4条件下，升压至0.510^(温度约1 50°C)蒸煮4小时 左右再进行磨浆、漂浆得到粗浆，通常用2 3吨的折干原料才能得到1吨纤维浆，总折百 耗碱量约为0. 67 0. 9吨。以木材为原料的制浆工艺中，化工原料一般占其原料成本的20% 30%，烧碱是 主要成本构成；而以植物秸秆等非木材为原料的制浆工艺中碱占其成本的40% 50%。大 量碱的使用会造成纤维素和木质素的破坏，导致原材料消耗偏高，不但增加了制浆成本，也 产生了大量高浓度的制浆黑液。制浆黑液需消耗大量的酸才能回收木质素，且产生大量H2S 等恶臭物质，难以资源化利用。黑液中的木质素也很难被微生物降解，高浓度的钠离子和 S2_也不利于生化处理。曾有人将制浆黑液直接或浓缩作为肥料，但黑液中无机盐含量高， 易造成土壤板结和盐碱化，特别是大量钠离子的存在会影响植物对钾的吸收和植物的正常 生长，因此作为肥料存在很大的问题，将制浆黑液酸化后提取木质素，但由于大量的硫化物 和无机盐的存在使得处理过程中臭味大，环境污染严重。因此，如能用石灰(或电石渣)替 代常用的烧碱和硫化钠，尽可能借用现有的制浆设备，低污染、高效率、高收率的获得纤维， 并将纤维提取液作为生物营养源广泛利用，则意义重大。针对现有制浆工艺的不足，本专利技术人进行了深入细致的研究。通过实验发现，造成 现有纤维提取工艺原料损耗大、纤维提取率低、质量差、性能波动大的最主要原因是碱过量 以及长时间高温蒸煮所造成的纤维、木质素等有效成份的大量破坏。因此，如何有效降低用 碱量和碱浓度，避免使用硫化钠、蒽醌等助剂，尝试用石灰水(或电石渣水溶液)或低浓度 的烧碱溶液高收率获取纤维，避免提取液中大量无机盐对生物正常生长的影响，实现植物 体的全价开发和综合利用是我们的主攻方向。
技术实现思路
本专利技术人通过长时间的反复实验摸索，专利技术了一种分段式的用石灰(或电石渣) 替代烧碱或用少量的烧碱，从植物原料中高效、高收率提取纤维的绿色工艺。其流程是先用 石灰水(或电石渣水溶液)或稀碱液浸润或/和浸泡植物体，不使用硫化物、蒽醌等助剂， 再蒸或煮，最后打浆或爆破喷放、洗浆提取纤维。本专利技术克服了传统工艺制浆耗时长、效率低、规模小等缺点，可以充分的利用现有 制浆设备大规模、低成本、高效、高收率的获得纤维，减轻了提取液中无机钠盐对生物生长 的干扰，使提取液作为生物营养源成为可能，实现植物体的全价开发和综合利用的目标。本专利技术人通过实验发现，造成现有纤维提取工艺原料损耗大、纤维提取率低、强度 差、性能波动大的最主要原因是碱过量、过浓、碱性强、碱渗透和分布不均勻以及长时间高 温蒸煮，造成的纤维、木质素等有效成份的大量溶解破坏。因此，克服上述弊端的较好的选 择就是用石灰(或电石渣)替代烧碱或只用低浓度的烧碱预处理植物体。本专利技术人通过反复实验探索以及对现有制浆工艺深入分析和研究发现，现有制浆 工艺采取将较浓的碱溶液和造纸原料直接混合长时间高温蒸煮的方式分离纤维，容易造成 碱液和制浆原料无法均勻混合，导致原料表面和局部碱液过浓，未使碱液充分渗透和扩散， 体系就被迅速加热到较高温度，使得纤维素、木质素及其它有机成份大量被破坏，造成纤维 和木质素分解不完全，导致碱耗物耗偏高，黑液增多，纤维性能波动大、得率低。一个合理的技术思路是利用石灰水(或电石渣水溶液)的碱性强度适中及氢氧化 钙在室温下溶解度比加热状况时更大的特点，先用石灰水(或电石渣水溶液)使造纸原料 在常温下充分的润湿或/和渗透，或用稀碱浸润或/和浸泡植物体，使碱均勻、充分、适量的 吸附和扩散到植物体中，再通过蒸或煮，破坏木质素与纤维素的结合，最后打浆或爆破喷放分离出纤维素和木质素，而其它植物组分则留在提取液中，故其可作生物体的营养液使用。 钙法提取液中少量的钙离子对生物的生长是有益的，必要时可通二氧化碳或加碳酸氢铵等 形成沉淀析出。新工艺烧碱法提取液中钠离子含量大幅降低，避免了硫化钠、蒽醌等污染性 助剂的使用，提取液直接或通过膜分离去除大部分钠离子后可作为生物营养源使用，制成 液态或固态有机肥。根据上述创想，本专利技术人通过反复的实验探索和条件优化，终于在各种制浆原料 中找到了实现上述创想的最佳工艺条件，达到了减少用碱量或用石灰(或电石渣)和废弃 的秸秆开发高附加值的纤维、木质素和生物营养液的植物体全价开发的目的。本专利技术方法可以采用如下具体实施方案一种以非木材(可主要用钙法制浆)或木材(烧碱法效率更高)为原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段式的从植物原料中提取纤维的绿色工艺，该工艺包括如下步骤：将植物原料用石灰水，或电石渣水溶液，或稀碱浸润或／和浸泡一定时间，再加压蒸或煮，最后打磨或爆破喷放、洗浆得到纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹应武，纪桂鹏，张双艳，苟朝英，万鹏，张玉娟，孙瑞，张玲燕，樊小林，周鸣鸣，
申请(专利权)人：北京英力和泓新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11