一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法
阅读说明：本技术 一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法 (Method for separating lignin from papermaking straw ) 是由 吴学军 *** 岳金权 李满风 庞树军 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法,方法包括以下步骤：将草类植物秸秆挤压并切割成丝状；浸泡60分钟以上；将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中,加热升温；打开高压釜的出料阀门,使釜内物料喷入混合室并与冷却水混合；降温后的物料经100目过筛；粗浆经常规造纸工艺中的磨浆,洗涤后,即可得到抄纸用的细浆。本发明的木质素分离全过程不加入任何化学制剂,仅通过物理方法实现木质素的分离,为原料的综合利用创造了很好的基础；分离出的液体经厌氧发酵制得沼气,沼液和沼渣再经好氧发酵等处理都是很好的有机质肥料；对分离出的液体进一步分离或再加工可实现了造纸废料资源化利用,不对环境造成压力；降低了纸浆成本；回收率高。(The invention discloses a method for separating lignin from papermaking straw, which comprises the following steps: extruding and cutting straw of grass plants into filaments; soaking for more than 60 minutes; putting the soaked straw filaments into a high-pressure kettle, and heating to raise the temperature; opening a discharge valve of the high-pressure kettle to spray the materials in the kettle into the mixing chamber and mix the materials with cooling water; sieving the cooled material by a 100-mesh sieve; the coarse pulp is ground into pulp in the conventional papermaking process, and the fine pulp for papermaking can be obtained after washing. In the whole process of lignin separation, no chemical preparation is added, and the lignin separation is realized only by a physical method, so that a good foundation is created for the comprehensive utilization of raw materials; the separated liquid is subjected to anaerobic fermentation to prepare biogas, and the biogas slurry and biogas residues are treated by aerobic fermentation and the like to form good organic fertilizer; the separated liquid is further separated or reprocessed, so that the resource utilization of the papermaking waste can be realized, and the pressure on the environment is not caused; the cost of the paper pulp is reduced; the recovery rate is high.)
技术领域
本发明涉及一种木质素的分离方法，尤其涉及一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法。
背景技术
在国际上，造纸业是仅次于电信和钢铁的第三大产业，是国家经济发展水平的重要标志之一。但国内造纸业面临着原料缺口大和环境可容量小的两大困境。我国木材贫乏，三分之二的木纸浆和三分之一的废纸纸浆需要进口，年进口量达两千多万吨。于此同时，我国每年有近十亿吨农作物秸秆待处理，因秸秆焚烧造成的环境压力与日俱增，秸秆的资源化处理已成为关系国计民生的重大课题，人们对秸秆造纸的关注日益增加，但常规方式秸秆制浆对环境的污染更加严重，因此尚未有规模化生产。一方面造纸原料严重缺乏，另一方面秸秆处理压力巨大。研究一种可工业化的无污染秸秆制浆方式十分紧迫。
在制浆造纸工业中，传统的纤维素分离方法，如硫酸盐法或碱法等，在蒸煮过程中产生含有极高污染负荷的黒液，对环境造成了巨大压力。目前一些新的制浆方法如***法制浆技术、膨化制浆技术、氧化清洁制浆技术、催化制浆技术、有机溶法制浆技术、生物制浆技术等，在一定程度上减少了制浆过程带来的污染。但都存在不同程度的局限性，尚不能取代传统工艺，而且未形成规模化量产。本方法是在考虑草类纤维与木质纤维存在巨大的差异性，通过高温蒸煮的物理方式分离草类纤维的纤维素、半纤维素和木质素及其他组分。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法，方法包括以下步骤：
Ⅰ、将草类植物秸秆挤压并切割成丝状；
Ⅱ、按水与秸秆丝大于1:1的比例混合，浸泡，并放置60分钟以上；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到170～220℃，保持温度5～30分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，使物料降温；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、将步骤Ⅴ获得的粗浆经常规造纸工艺中的磨浆，洗涤后得到细浆，即可进一步制作抄纸。
进一步地，秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm。
进一步地，冷却水的水温为0～60℃。
进一步地，秸秆为玉米秸秆。
进一步地，抄纸包括但不限于卫生用纸和瓦楞纸；生产卫生用纸时，高压釜的温度为195℃以上，时间为30分钟；生产瓦楞纸时，高压釜的温度为185℃以上，时间为15分钟。
进一步地，生产瓦楞纸时，高压釜的温度为185℃以上，时间为15分钟。
进一步地，粗浆的磨浆方法包括高浓磨、中浓磨以及低浓磨；粗浆的洗涤方法为逆流洗涤。
本发明的木质素分离全过程不加入任何化学制剂，仅通过物理方法实现木质素的分离，分离出的物质基本保留了原植物材料植物各组分的天然特性，为原料的综合利用创造了很好的基础；分离出的液体经厌氧发酵制得沼气，沼液和沼渣再经好氧发酵等处理都是很好的有机质肥料；对分离出的液体进一步分离或再加工可实现了造纸废料资源化利用,同时不对环境造成压力；不加化学制剂降低了纸浆成本；回收率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种造纸用草类秸秆中木质素的分离方法，方法包括以下步骤：
Ⅰ、将草类植物秸秆挤压并切割成丝状；秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm；
Ⅱ、按水与秸秆丝大于1:1的比例混合，浸泡，并放置60分钟以上；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到170～220℃，保持温度5～30分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，使物料降温；冷却水的水温可选为0～60℃的水温可对高温的物料具有冷却作用；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、粗浆经常规造纸工艺中的高浓磨、中浓磨以及低浓磨等磨浆方法，逆流洗涤法洗涤后，得到细浆，即可进一步制造抄纸。
以下根据具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例一、
Ⅰ、将玉米秸秆挤压并切割成丝状；秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm；
Ⅱ、将水与秸秆丝按3:1的比例混合，浸泡并放置60分钟；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到220℃，保持温度20分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，注入冷却水的温度为60℃，使物料降温；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、粗浆经常规造纸工艺中的高浓磨、中浓磨以及低浓磨等磨浆方法，逆流洗涤法洗涤后，得到细浆，即可进一步制造抄纸。
实施例二、
Ⅰ、将玉米秸秆挤压并切割成丝状；秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm；
Ⅱ、将水与秸秆丝按3:1的比例混合，浸泡并放置60分钟；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到170℃，保持温度5分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，注入冷却水的温度为0℃，使物料降温；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、粗浆经常规造纸工艺中的高浓磨、中浓磨以及低浓磨等磨浆方法，逆流洗涤法洗涤后，得到细浆，即可进一步制造抄纸。
实施例三、
Ⅰ、将玉米秸秆挤压并切割成丝状；秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm；
Ⅱ、将水与秸秆丝按2:1的比例混合，浸泡并放置60分钟；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到195℃，保持温度30分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，注入冷却水的温度为30℃，注入冷却水的量为物料总量的1.42倍，使物料温度降到95℃；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、粗浆经常规造纸工艺中的高浓磨、中浓磨以及低浓磨等磨浆方法，逆流洗涤法洗涤后，即可得到抄纸用的细浆，并进一步生产卫生用纸。
实施例四、
Ⅰ、将玉米秸秆挤压并切割成丝状；秸秆切丝的长度为10～60mm，宽度小于0.5mm；
Ⅱ、将水与秸秆丝按2:1的比例混合，浸泡并放置60分钟；
Ⅲ、将浸泡后的秸秆丝放入高压釜中，加热升温，釜内温度加热到185℃，保持温度15分钟；
Ⅳ、打开高压釜的出料阀门，使釜内物料喷入混合室并与同时注入混合室的冷却水混合，注入冷却水的温度为30℃，注入冷却水的量为物料总量的1.42倍，使物料温度降到95℃；
Ⅴ、降温后的物料经100目过筛，筛上部分为粗浆，筛下部分半纤维素、木质素、杂细胞及杂质；
Ⅵ、粗浆经常规造纸工艺中的高浓磨、中浓磨以及低浓磨等磨浆方法，逆流洗涤法洗涤后，即可得到抄纸用的细浆，并进一步生产瓦楞纸。
本发明的有益效果：
经检测高温水解前玉米秸秆(绝干)的木质素含量、蒸煮后玉米秸秆(绝干)木质素含量、蒸煮液中木质素含量列表如表1所示(检测参照标准GB/T20805-2006)：
表1
根据上表中的数据可以看出经蒸煮后的纤维中木质素含量仅剩54.57％,即纤维中的木质素减少了45.43％(该标准仅可检测到非可溶性木质素)。
玉米秸秆丝蒸煮处理后的粗浆，经粗磨、筛分、精磨等后续纤维分离工艺过程，制成的纸浆可以抄瓦楞原纸样片，也可以抄出满足本色卫生纸样片，对样片有关纤维体系关键数据检测如表2、表3所示：
表2、卫生纸样检测数据
序号
检验项目
单位
实测值
检测方法标准
1
定量
g/m2
12.4
GB/T451-2002
2
横向洗液高度(成品层)
mm/100s
49
GB/T461.1-2002
3
抗张指数(纵横平均)
N.m/g
30.6
GB/T453-2002
4
柔软度(纵横平均)
mN
13.7
GB/T8942-2002
表3、瓦楞原纸样片检测数据
表中数据可以看出蒸煮处理玉米秸秆丝制得的浆性能是良好的。
本发明相比现有技术具有的优点为：
a、木质素分离全过程不加入任何化学制剂，仅通过物理方法实现木质素的分离，分离出的物质基本保留了原植物材料植物各组分的天然特性，为原料的综合利用创造了很好的基础；
b、分离出的液体(包括洗浆的液体)经厌氧发酵制得沼气(实验测定蒸煮液ts沼气发生量为409m3/t)，沼液和沼渣再经好氧发酵等处理都是很好的有机质肥料；对分离出的液体进一步分离或再加工可得到木质素、多糖、寡糖、饲料酵母、木糖、糠醛等，实现了造纸废料资源化利用,同时不对环境造成压力；
c、不加化学制剂降低了纸浆成本；因纸浆过程不加入化学制剂，制浆过程产生的废水有良好的生化性能，可以实现原料的综合利用,如厌氧发酵制沼气，每吨纸浆产生的废液,厌氧发酵产生的沼气230m3到600m3(不同品质纸浆，产气量不同)；
d、回收率高；用玉米秸秆制瓦楞原纸收率为50％以上，用玉米秸秆制本色卫生用纸收率为30％以上。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。