[发明专利]草本生物纤维及生物纸浆的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维及纸浆的制备方法，更具体地说是涉及一种草本生物纤维及生物纸浆的制备方法。

背景技术

世界造纸工业面临的一个重要问题就是环境污染。近年来，中国纸和纸板产量和消费量以8～10％/年的速度递增，其中2009年我国纸和纸板的产量达到8640万吨，消费量为8569万吨，分别比上年增长8.27％和7.99％。一方面，纸及纸制品需求巨大，另一方面，造纸的原料木材又极度短缺，而且我国造纸厂普遍污染严重，不符合国家的环保政策，从而使得我国造纸业正陷入进退两难的困境。造纸工业能耗物耗高、水污染物排放量大，但经济贡献率低是行业内的共识，改变传统造纸业发展模式，饯行环境友好理念是造纸工业发展的根本出路。

我国不是森林覆盖大国，林木纸浆用材受到较大限制，目前纸浆主要依靠进口。仅2010年前8个月，我国进口木浆737.5万吨，价值56.4亿美元，同比上一年增长30％，进口均价764.4美元/吨，上涨63.5％。而在造纸业中被广泛认可的草本纸浆由于原料速生特性和其纤维特征已经被认为是造纸业未来发展之路。我国是农业生产大国，每年秸杆等农作物废弃物为6000多亿吨，且大部分秸杆的纤维素长度在3-14mm之间，是极佳的造纸原料，当前其利用率仅为20％(用于饲喂和制肥等)，其余80％烂掉抛弃。

草本纸浆生产是中国传统特色，以龙须草生产的高档宣纸和高档考贝纸就是其中最好的例证。目前国内的草本纸浆生产技术，生产投资少，工艺落后，基本上是用简单的机械加工加上化学蒸煮，主要还是用碱法和亚硫法，由于原料规模等因素，规模不大，污染极其严重，属于国家政策限制上马项目。尤其是农作物秸秆造纸，只利用了40～50％的纤维原料，其余50～60％的纤维组分溶解于制浆黑液中，变为有害的废液，对于污染黑水企业常常不做处理就排放(处理成本和投资较大，技术也不太成熟，一般企业承担不起、也不愿意承担处理成本)，于是对环境造成极大破坏。

目前生物技术高度发展，而且在各个领域都得到了应用，用生物分解的方法取代化学分解方式是拒绝化学添加和生产过程产生新的化学污染的最佳方案。国内外都对生物纸浆生产开展了各种研究，主要集中在生产菌的选择和采集、草本原料的脱胶、木质素分解等方面，例如：

中国专利申请200810073596.2公开了一种用细菌复合菌群对桑皮纤维进行脱胶的方法(申请单位：广西大学)，该方法使用桑皮为碳源的培养基从沼气池、池塘底泥、树林、橡胶地等样品中筛选的对桑皮有良好脱胶效果的细菌复合菌群，将干桑皮直接浸泡于脱胶液中，再将培养好的脱胶复合菌群接种于其中进行脱胶，经过水洗、干燥得到疏松的桑皮纤维。该方法存在的问题：脱胶不完全，所制备的纤维纸浆木质素含量高，复合细菌培养时间长、而且该方法气味重，不适合在城市应用。

中国专利申请200810219607.3公开了一种枯草芽孢杆菌及其在剑麻脱胶中的应用(申请单位：华南理工大学)，其技术方案是以枯草芽孢杆菌为菌种单菌接种于种子培养基，置于37℃气浴或水浴摇床，培养8～12h，至OD₆₀₀达到0.6～1时，以接种量2％～20％(体积比)转接到脱胶培养基中，在脱胶培养基中加入鲜剑麻叶，培养温度25℃～42℃，摇床转速为150～250rpm，35h～55h内完成剑麻脱胶。该技术方案存在的问题：由于该方法为单个菌种脱胶，分解木质素不彻底，同时是以原料入浆，脱胶不完全，色泽差，呈灰墨色，韧度不够。

还有文献公开了利用白腐菌进行生物制浆的方法：利用白腐菌可以降解木质素、半纤维素和纤维素的特性，日本神户制钢所应用白腐菌在常温常压下分解木材成功制出优质纸浆，选定适宜温度时，可以分解出80％的木质素，比一般化学制浆法成本降低了50％。这种白腐菌对木质素的脱除分解率极高，而对纸浆纤维中的纤维素分解极少，这样可使纸浆得率高达60％，超过化学法得浆率的50％。但其仍存在如下问题：单一菌种脱胶，分解木质素不彻底、制浆周期长；而且，白腐菌筛选困难是大规模生产的最大障碍。

综上所述，以上所列举的几项生物制浆技术存在的主要问题为：单一脱胶，分解木质素不彻底、时间长(一般都需要20-30天)、不具工艺可行性；并且，由于分解及脱色不彻底，这些技术都不可避免的需要后续碱煮等化学方式来完全分解和漂白处理物料，距离生物纸浆工业化生产相距甚远。

本发明人经过查阅大量资料，并经反复对比实验及分析，发现现有技术中采用复合菌群却难以成功的主要原因在于复合菌群的筛选和配合伍极其不易。由于复合菌群极易产生拮抗作用，极易影响微生物制备生物纤维及生物纸浆的效果。