摘  要：本發(fā)明公開了一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，包括如下步驟：將紅麻稈截為小段后，與低共熔溶劑混合，在100-150℃,反應(yīng)30-60min，降溫后、固液分離，得預(yù)處理的紅麻稈；將預(yù)處理的紅麻稈清洗至中性后，與復(fù)合酶混合，并在40-60℃酶處理30-120min，將酶處理后的紅麻稈進(jìn)行磨漿處理，將漿料進(jìn)行洗滌、篩選，得到生物機(jī)械漿；所述復(fù)合酶為木聚糖酶和脂肪酶的復(fù)合酶，或?yàn)槔w維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶。采用低共熔溶劑進(jìn)行預(yù)處理，可以有效提高生物酶的處理效率。

 

技術(shù)要點(diǎn)

1.一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：包括如下步驟：

將紅麻稈截為小段后，與低共熔溶劑混合，在100-150℃,反應(yīng)30-60min，降溫后、固液分離，得預(yù)處理的紅麻稈；

將預(yù)處理的紅麻稈清洗至中性后，與復(fù)合酶混合，并在40-60℃酶處理30-120min，將酶處理后的紅麻稈進(jìn)行磨漿處理，將漿料進(jìn)行洗滌、篩分，得到生物機(jī)械漿；

所述復(fù)合酶為木聚糖酶和脂肪酶的復(fù)合酶，或?yàn)槔w維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：木聚糖酶和脂肪酶的質(zhì)量比為1-3:1-3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：纖維素酶和木聚糖酶的質(zhì)量比為1-3:1-3。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：所述復(fù)合酶的液比為1:4-6。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：復(fù)合酶的總用量為20-50U/g。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：采用復(fù)合酶對紅麻稈進(jìn)行處理過程中，對紅麻稈間歇揉搓攪拌。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：采用復(fù)合酶對紅麻稈進(jìn)行處理時(shí)，體系的pH值為5-9。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：所述低共熔溶劑為氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物的混合物，氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物的質(zhì)量比為8～13:1～4:0.1～0.3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：制成紙張的方法包括以下步驟：將酶解后的紅麻稈進(jìn)行磨漿處理，將漿料進(jìn)行洗滌，得到生物機(jī)械漿，將所得的生物機(jī)械漿進(jìn)行打漿、疏解、抄紙后得到紙張。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，其特征在于：所述磨漿采用兩段處理，磨漿間隙為0.1-0.5mm。

 

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于造紙技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法。

 

背景技術(shù)

這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

我國森林資源相對匱乏，難以滿足制漿造紙行業(yè)的需求，非木材原料在制漿造紙行業(yè)中占據(jù)重要地位，而與木材原料相比，非木材原料具有成紙強(qiáng)度低，黑液難以處理等問題，因此選擇合適的非木材纖維原料來解決紙張強(qiáng)度和環(huán)保問題成為了非木材制漿的重要方向。

紅麻是一種一年生草本纖維作物，纖維素含量高，木素含量較低，是一種較好的制漿原料，可以為制漿造紙行業(yè)提高原料的可選性。但由于紅麻密度具有從基部到梢部密度逐漸增大，吸水性不一等、纖維細(xì)胞壁薄等特性，傳統(tǒng)的化學(xué)法制漿過程中存在蒸煮不均勻、能耗高、黑液不易回收、得率低等問題。

 

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，采用低共熔溶劑進(jìn)行預(yù)處理，可以有效提高生物酶的處理效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，包括如下步驟：

將紅麻稈截為小段后，與低共熔溶劑混合，在100-150℃,反應(yīng)30-60min，降溫后，固液分離，得預(yù)處理的紅麻稈；

將預(yù)處理的紅麻稈清洗至中性后，與復(fù)合酶混合，并在40-60℃酶解處理30-120min，將酶處理后的紅麻稈進(jìn)行磨漿處理，將漿料進(jìn)行洗滌，得到生物機(jī)械漿；

所述復(fù)合酶為木聚糖酶和脂肪酶的復(fù)合酶，或?yàn)槔w維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶。

木聚糖酶可以降解植物細(xì)胞壁中的木聚糖，將其分解為較小的木糖分子，使得纖維素暴露出來，脂肪酶可以去除原料中的脂肪，纖維性能得到提升。纖維素酶可以促進(jìn)纖維的分絲帚化，提高纖維的成紙性能。

木聚糖酶和脂肪酶的協(xié)同作用可以提高漿料的分散性，有利于纖維的分散和紙張品質(zhì)的提高。纖維素酶和木聚糖酶的作用可以降低制漿能耗及化學(xué)品的用量，而且能夠改善紙張的物理性能。

研究發(fā)現(xiàn)，紅麻稈結(jié)構(gòu)疏松，木素含量低，更有利于生物制漿。利用生物酶進(jìn)行制漿，取代高溫高堿的化學(xué)反應(yīng)，可以減少化工原料的使用，降低對水體的污染，減少能耗，符合造紙行業(yè)發(fā)展的方向。

有效的預(yù)處理可以打破木質(zhì)纖維素內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高酶對原料的可及度，改善漿料性能。低共熔溶劑法是一種綠色的預(yù)處理方法，具有低揮發(fā)性、不易燃、可重復(fù)回收利用等優(yōu)點(diǎn)，利用低共熔溶劑對紅麻進(jìn)行預(yù)處理，可以提高纖維的潤漲程度，增強(qiáng)酶的可及度。

在一些實(shí)施例中，木聚糖酶和脂肪酶的質(zhì)量比為1-3:1-3。

在一些實(shí)施例中，纖維素酶和木聚糖酶的質(zhì)量比為1-3:1-3。

優(yōu)選的，所述紅麻稈與復(fù)合酶溶液的固液比為1:4-6。固液比是指紅麻稈干重與復(fù)合酶溶液的質(zhì)量之比。

優(yōu)選的，復(fù)合酶的總用量為20-50U/g。

進(jìn)一步優(yōu)選的，采用復(fù)合酶對紅麻稈進(jìn)行處理過程中，對紅麻稈間歇揉搓攪拌，使得復(fù)合酶與紅麻稈進(jìn)行充分接觸，增加反應(yīng)位點(diǎn)。

更進(jìn)一步優(yōu)選的，采用復(fù)合酶對紅麻稈進(jìn)行處理時(shí)，將紅麻稈置于密封袋中進(jìn)行處理。

優(yōu)選的，采用復(fù)合酶對紅麻稈進(jìn)行處理時(shí)，體系的pH值為5-9。

在一些實(shí)施例中，所述低共熔溶劑為氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物的混合物，低共熔溶劑可以通過破壞木質(zhì)素-糖水化合物復(fù)合體之間的化學(xué)鍵使纖維素、半纖維素和木質(zhì)素解離，使一種或兩種成分溶出。氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物的質(zhì)量比為8～13:1～4:0.1～0.3。

在一些實(shí)施例中，還包括將所得的生物機(jī)械漿進(jìn)行打漿、疏解、抄紙后得到紙張。

優(yōu)選的，所述磨漿采用兩段處理，磨漿間隙為0.1-0.5mm。

上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

本發(fā)明以紅麻為原料，采用低共熔溶劑和生物酶處理，制備生物機(jī)械漿，從而改善紙張的物理性能，如撕裂指數(shù)、抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)等，滿足生產(chǎn)紙基材料的要求。低共熔溶劑可以回收利用，減少化學(xué)品用量，從而實(shí)現(xiàn)對紅麻稈的綠色利用。

 

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的流程圖；

  

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的紅麻稈在低共熔溶劑與酶處理前后的SEM圖像，其中，a為紅麻稈纖維原料SEM圖，b為低共熔溶劑處理紅麻稈獲得的纖維SEM圖，c為生物酶處理紅麻稈獲得的纖維SEM圖；

  

   

圖3為DES輔助生物酶預(yù)處理后紙張的物理性能。

 

  

 

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。除非另有指明，本發(fā)明使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

1、將氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物按照一定的質(zhì)量比，在80℃下加熱攪拌，形成澄清透明液體，得低共熔溶劑；

2、將紅麻脫皮切成2?3cm的小段，并按照質(zhì)量比1:10于步驟1中所得的低共熔溶劑進(jìn)行混合，在120℃下反應(yīng)40min，隨后用溫水進(jìn)行稀釋，進(jìn)行清洗至中性，然后脫水；

3、將經(jīng)步驟2的紅麻原料放入密封袋子中，并加入復(fù)合酶進(jìn)行生物酶預(yù)處理，兩種酶(木聚糖酶和脂肪酶)的總用量為30U/g，復(fù)配比例為2:1，液比1:6，生物酶預(yù)處理的溫度為50℃,pH值為5.5，處理時(shí)間為60min；

4、向經(jīng)步驟3的紅麻進(jìn)行兩段高濃磨漿，第一段磨漿間隙為0.5mm，第二段磨漿間隙為0.2mm，得到紅麻生物機(jī)械粗漿；

5、對步驟4得到的紅麻生物機(jī)械粗漿進(jìn)行高濃洗滌，并經(jīng)篩漿機(jī)進(jìn)行篩選得到細(xì)漿；

6、對經(jīng)步驟5得到的漿料使用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿度在40±2°SR，然后經(jīng)疏解后抄造成紙。測定紙張的環(huán)壓指數(shù)為10.26N·m/g，撕裂指數(shù)為1.47mN·m2/g，抗張指數(shù)為29.80N·m/g。

實(shí)施例2

1、將氯化膽堿、乙二醇和對羥基苯磺酸一水合物按照一定的質(zhì)量比，在80℃下加熱攪拌，形成澄清透明液體，得低共熔溶劑。

2、將紅麻脫皮切成2?3cm的小段，并按照質(zhì)量比1:10于步驟1中所得的低共熔溶劑進(jìn)行混合，在120℃下反應(yīng)1h，隨后用溫水進(jìn)行稀釋，進(jìn)行清洗至中性，然后脫水。

3、將經(jīng)步驟2的紅麻原料放入密封袋子中，并加入復(fù)合酶進(jìn)行處理生物酶預(yù)處理，兩種酶(纖維素酶和木聚糖酶)的總用量為40U/g，復(fù)配比例為1:3，液比1:6，生物酶預(yù)處理的溫度為55℃,pH值為5.5，處理時(shí)間為60min。

4、向經(jīng)步驟3的紅麻進(jìn)行兩段高濃磨漿，第一段磨漿間隙為0.5mm，第二段磨漿間隙為0.2mm，紅麻生物機(jī)械粗漿。

5、對步驟4得到的紅麻生物機(jī)械粗漿進(jìn)行高濃洗滌，并經(jīng)篩漿機(jī)進(jìn)行篩選得到細(xì)漿，計(jì)算得率。

6、對經(jīng)步驟5得到的漿料使用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿度在40±2°SR，然后經(jīng)疏解后抄造成紙。測定紙張的環(huán)壓指數(shù)為11.47N·m/g，撕裂指數(shù)為1.33mN·m2/g，抗張指數(shù)為34.01N·m/g。

對比例1

本對比例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于：步驟2中不再加入低共熔溶劑對紅麻原料進(jìn)行處理，僅加入去離子水使其質(zhì)量比為1:10，無法抄造成紙。

對比例2

本對比例與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于：步驟2中不再加入低共熔溶劑對紅麻原料進(jìn)行處理，僅加入去離子水使其質(zhì)量比仍為1:10，無法抄造成紙。

對比例3

本對比例與實(shí)施例1，2基本相同，不同之處在于：對照組的步驟3中不再加入復(fù)合酶對紅麻原料進(jìn)行處理，僅加入去離子水使其液比為1:6。

表1實(shí)施例和對比例制備的生物機(jī)械漿物理性能指標(biāo)比較表

  

注：對比例1與對比例2因無法成漿，故無性能指標(biāo)測試數(shù)值。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

 

文章摘自國家發(fā)明專利，一種三元低共熔溶劑輔助生物酶處理紅麻制備生物機(jī)械漿的方法，發(fā)明人，吉興香，丁文鳳，田中建，馬浩，曾慶奧，申請?zhí)枺?/font> 202311139291.8，申請日：2023.09.05