[发明专利]一种由生物质原料制备纸浆的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纸浆的制备工艺，具体地说是一种在过氧化氢的催化作用下，利用甲酸和乙酸组成的有机酸蒸煮生物质原料来制备纸浆的工艺。

背景技术

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求。

生物质原料主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中，纤维素占40左右，半纤维素占25左右，木质素占20左右，地球上每年由光合作用生成的生物质原料总量超过2000亿吨，因此生物质原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。纤维素是植物细胞壁的主要成分。全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800万吨。纸浆是造纸的基本原料，通常用以制浆原料的植物可分为4大类：茎干纤维类、韧皮纤维类、种毛纤维类和木材纤维类。其中尤以木材纤维类为最重要。目前我国木材资源远不能满足日益发展的制浆造纸工业的需要。为了弥补原料的不足，每年要从国外进口相当数量的纸浆。因此扩大纸浆的原料来源，对于社会的可持续发展具有重要的意义。

中国专利CN1170031C公开了一种用甲酸和乙酸的混合物作为蒸煮化学剂生产纸浆的方法。该专利在以甲酸蒸煮草本植物和阔叶树生产纸浆时，添加乙酸作为附加的蒸煮化学剂，即可得到含有半纤维素和纤维素的纸浆，并且使用过的蒸煮液蒸馏出甲酸和乙酸的混合酸液进行循环利用，并可以对剩余的浓缩液进行处理得到木质素。但采用该方法制备得到的纸浆滤水性能差，在制浆过程中,浆料滤水性能直接影响浆料洗涤、浓缩和置换漂白工艺的确定。得到的纸浆卡伯值高，产率低，该工艺方法蒸煮时间长，蒸煮温度高，这样会破坏纸浆里的碳水化合物，使得率降低，后续漂白工艺复杂。

《Milox溶剂法制漂白竹浆的研究》(梁芳、刘亚康等，中华纸业，2007，28(4)，40-43)，表明采用甲酸和过氧化氢作为蒸煮化学药品的一种溶剂制浆方法，以达到溶解或软化木质素的作用，但使用该方法得到的未漂白细浆纤维素，白度只有24.82%ISO，α-纤维素含量为85wt%，该细浆纤维素的后续漂白工艺需要加入较大量的H₂O₂(14wt%)和NaOH(5g/l)，这样药品消耗非常大。且上述方法只适用于竹浆等木类原料，由于构成材料的纤维素、半纤维素和木质素及其含量的差别，以及灰分含量的差异，该方法对于草类原料并不适用。

发明内容

为此，本发明所要解决的第一个技术问题在于通过合理的参数设置，提供一种的由生物质原料制备高性能纸浆的工艺方法。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种工艺路线简单的制备高性能纸浆的工艺方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的由生物质原料制备纸浆的工艺，包括如下步骤：

(1)将生物质原料粉碎后，在过氧化氢的催化作用下，使用由甲酸、乙酸形成的有机酸液对所述原料进行蒸煮，控制蒸煮温度90-135℃，固液质量比为1：5-1：12，反应时间40-90min，并将得到的反应液进行第一次固液分离；所述有机酸液中，总酸浓60-95wt%，所述乙酸与甲酸的质量比为15：1-1：1，余量为水；过氧化氢占生物质原料的1-8wt%；

(2)收集所述第一次固液分离得到的固体，在过氧化氢的催化作用下，使用由甲酸、乙酸组成的混合酸液对所述固体进行酸洗，控制酸洗温度20-100℃，固液质量比为1：4-1：20，并将得到的反应液进行第二次固液分离；所述混合酸液中，总酸浓60-95wt%，所述乙酸与甲酸的质量比为15：1-1：1，余量为水；过氧化氢占生物质原料的1-8wt%；

(3)收集所述第二次固液分离得到的固体，并进行水洗，控制水洗温度为25-90℃，水洗浆浓为1-10wt%，并将得到的水洗浆进行第三次固液分离；

(4)收集所述第三次固液分离得到的固体并筛选得到所需的细浆纤维素、再经漂白得到所需的纸浆。

在上述的由生物质原料制备纸浆的方法中，碱处理，所述碱用量占所述细浆纤维素的0.5-5wt%，温度为50-100℃，抽提时间0.5-4h，浆浓5-15wt%；碱性过氧化氢漂白，过氧化氢的质量占所述细浆纤维素的1-10wt%，pH值控制在10-12之间,温度50-100℃，漂白时间1-6h,浆浓5-15wt%；和酸处理，所述酸的质量占所述细浆纤维素的1-6wt%，pH值控制在2-4之间，温度30-55℃，时间1-4h，浆浓3-6wt%。