一种生物冷发酵法秸秆回收剂及生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺

技术领域    

本发明涉及农作物秸秆回收利用领域，特别涉及一种生物冷发酵法秸秆回收剂，还涉及一种生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺。

背景技术   

作为秸秆生产大国，我国耕地和淡水资源短缺，农作物秸秆，尤其是玉米秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆等极为珍贵，但大量的秸秆都在地里被焚烧了，不仅造成了环境的污染，还造成了资源的极大浪费。秸秆中含有大量的纤维，可以用于造纸。

随着社会的发展，纸品的使用量也快速增长，所以造纸业需要大量的纤维材料，但木材生长周期长，极大的制约了造纸业的发展，所以从生长周期短的秸秆中回收纤维进行利用的需要越来越迫切。

但现有技术中，回收秸秆纤维的技术，传统工艺中的碱法蒸煮法具有成本高，黑液大，对纤维破坏性大，浆纸强度低，黑液粘度高，不易洗涤，不易碱回收的缺点；使用石灰需较大场地，清池麻烦，洗浆难，时间长，得率低。中国专利号为200710143948.2，名称为“提取秸秆纤维的方法及设备”公开了一种省去蒸煮、脱水工艺的回收秸秆的方法，但此方法耗时长，效率低。

发明内容   

为了解决上述秸秆回收工艺过程中产生废液和效率低的问题，本发明提供了一种生物冷发酵法秸秆回收剂。

本发明还提供了一种无废液产生的、回收效率高、投入低、节约成本的生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺。

本发明是通过以下措施实现的：

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，包括以下重量份的组分：

秸秆快腐剂2～8份，十二烷基磺酸钠2～8 份，分散蒽醌15～25 份，生石灰60～80 份。

所述的生物冷发酵法秸秆回收剂，包括以下重量份的组分：

秸秆快腐剂4～6份，十二烷基磺酸钠4～6份，分散蒽醌18～22份，生石灰68～72份。

所述的生物冷发酵法秸秆回收剂，还包括气相二氧化硅5份。

所述秸秆快腐剂优选总活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。

所述分散蒽醌优选为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

一种生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将秸秆粉碎，使秸秆含水量达到20～50wt%，得到原料；

（2）按原料重量40～60%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，20～30℃发酵润涨1～3天得到发酵料；

（3）发酵料经过搓磨分丝帚化和磨浆，得到打浆度为37～47°SR的植物纤维浆。

步骤（3）包括以下步骤：

①将发酵料加入搓磨分丝机进行搓磨分丝帚化，进入高浓度磨浆机磨浆，进浆浓度为25～30%；

②然后使用双盘磨浆机精磨，进浆浓度为20～22%，打浆度为37～47°SR；

③磨出的浆料进入筛选浓缩机进行筛选浓缩，使用双螺旋挤浆机脱水，使制得的植物纤维浆浓度为40～45%。

搓磨分丝帚化时间为2～5分钟，高浓度磨浆机磨浆时间为2～5分钟。

筛选浓缩机筛出的浆渣返回搓磨分丝机进行搓磨分丝帚化，磨浆。

所述秸秆为竹子、木片、蔗渣、棉杆，秸秆粉碎后长度为6～8cm。

秸秆快腐剂由能够强烈分解纤维素、半纤维素、木质素的嗜热、耐热细菌、真菌、放线菌和生物酶组成，通过菌种培养的降解产物向秸秆强力侵蚀，具有很强的发酵和分解能力，缩短秸秆分解时间。由于秸秆快腐剂较强的发酵和分解能力，所以加入量及作用时间的控制就极为重要，加入量太多或者作用时间太长，植物纤维就有可能被分解，得率会降低，如果加入量太少或者作用时间不够，果胶、半纤维素和低分子量的木素就可能分解不完全，影响植物纤维质量。由于秸秆快腐剂的加入量和作用时间对后期的磨浆工艺影响较大，本发明的磨浆工艺工序又比较复杂，所以要想通过有限次的实验得到加入量和作用时间的优选值是不切实际的。

本技术的特征是采用“机械制浆”代替“化学制浆”，“自然发酵法”代替“蒸煮”，既将秸秆经秸秆快腐剂分解部分果胶、半纤维素和低分子量的木素后，使纤维间的结合剥弱，从而利用机械的方法，使纤维分离，制得高得率纸浆的方法。现有技术中使用蒽醌或者碱对秸秆进行蒸煮，但本发明是在常温下使用蒽醌和碱及秸秆快腐剂进行处理，因此现有技术对本发明的方案不存在技术启示的作用，本发明方案的效果也不是显而易见的。

所使用的分散蒽醌优选以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。所述的复配乳化剂为Span和Tween系列复配乳化剂，转相温度90-95℃，乳化时间40-50min。具体制备方法在2007年11月出版的第36卷第11期《应用化工》，张春生、郭睿等发表的《易分散改性蒽醌的制备工艺研究》中进行了详细论述。

由于本发酵剂采用生物自然发酵法代替传统的蒸煮法，不用加温，使竹子、木片、蔗渣等原料在发酵过程中结构开始疏松，由于使用了表面活性剂和气相二氧化硅，降解物被包容吸附，不会浸出，并且完全达到零排放的要求，完全解决了废液的问题。

搓磨分丝帚化步骤使用的XJXJ双螺旋搓磨分丝机，该机可直接将发酵后粗大秸杆处理成丝绒状细纤维，且用该机制成的浆料抄纸具有吸墨性强、不透明度高、柔软平滑、裂断长、撕裂指数高等优点。

使用ZDPH600高浓度磨浆机，该机采用高浓度强制喂料，其目的是提高浆料叩解度、保护纤维强度和匀整性，工作原理是浆与浆之间产生的摩擦，避免将纤维切断。    

 螺旋挤浆时使用XSJ型双螺旋挤浆机具有独特的内部结构和出浆口，其压缩比为4：1，速度可通过调速电机任意调节，其目的是挤出纤维中的空气和浆液，以提高纤维的柔软度。     

纤维精磨使用XSP系列双盘磨浆机，与高浓度磨浆机形成串联磨浆，其目的是切断长纤维和提高分丝帚化效果，经二段磨浆后，其打浆度可达到37～47°SR。

本发明的有益效果：采用生物冷发酵法从秸秆中回收植物纤维，无需蒸煮，整个过程无废液排放，成本低，见效快，所制得浆得率大大提高，纤维度高，纸品性能优越，均能达到各种纸品的生产要求。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。

实施例1

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂8份，十二烷基磺酸钠8份，分散蒽醌25份，生石灰80份组成。

秸秆快腐剂为来自鹤壁市人元生物肥技术研发中心的RW型秸秆快腐剂。

分散蒽醌为来自常州市正大超细粉体有限公司的分散蒽醌。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将竹子粉碎至6～8cm，使竹子含水量达到20wt%，得到原料；

（2）按原料重量40%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，30℃发酵润涨3天得到发酵料；

（3）发酵料经过搓磨分丝帚化和磨浆，得到打浆度为37°SR，浓度为40%的植物纤维浆。

本实施例中未提及到的工艺参数，像搓磨分丝帚化和磨浆工艺等都以本领域技术人员公知的工艺参数进行操作，没有特殊要求。

测得纸浆得率为81.9%。

实施例2

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂2份，十二烷基磺酸钠2份，分散蒽醌15 份，生石灰60 份组成。

秸秆快腐剂活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。 

分散蒽醌为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将木片粉碎至6～8cm，使木片含水量达到50wt%，得到原料；

（2）按原料重量60%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀， 20℃发酵润涨1天得到发酵料；

（3）发酵料经过搓磨分丝帚化和磨浆，得到打浆度为47°SR，浓度为45%的植物纤维浆。

本实施例中未提及到的工艺参数，像搓磨分丝帚化和磨浆工艺等都以本领域技术人员公知的工艺参数进行操作，没有特殊要求。

测得纸浆得率为80.9%。

实施例3

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂5份，十二烷基磺酸钠5份，分散蒽醌20份，生石灰70份组成。

秸秆快腐剂活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。 

分散蒽醌为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将蔗渣粉碎至6～8cm，使蔗渣含水量达到30wt%，得到原料；

（2）按原料重量45%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，25℃发酵润涨2天得到发酵料；

（3）发酵料经过搓磨分丝帚化和磨浆，得到打浆度为42°SR，浓度为42%的植物纤维浆。

本实施例中未提及到的工艺参数，像搓磨分丝帚化和磨浆工艺等都以本领域技术人员公知的工艺参数进行操作，没有特殊要求。

测得纸浆得率为81.5%。

实施例4

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂6份，十二烷基磺酸钠6份，分散蒽醌22份，生石灰72份组成。

秸秆快腐剂活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。 

分散蒽醌为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将棉杆粉碎至6～8cm，使秸秆含水量达到40wt%，得到原料；

（2）按原料重量50%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，25℃发酵润涨2天得到发酵料；

（3）将发酵料加入双螺旋搓磨分丝机进行搓磨分丝帚化5分钟，使用高浓度磨浆机磨浆5分钟，进浆浓度为25%；

（4）然后使用双盘磨浆机精磨，进浆浓度为20%，得到打浆度为42°SR的浆料；

（5）磨出的浆料进入筛选浓缩机进行筛选浓缩，使用双螺旋挤浆机脱水，使制得的植物纤维浆浓度为43%，筛选浓缩机筛出的浆渣返回搓磨分丝机进行搓磨分丝帚化，磨浆。

测得纸浆得率为82.5%。

实施例5

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂4份，十二烷基磺酸钠4份，分散蒽醌18份，生石灰68份组成。

秸秆快腐剂活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。 

分散蒽醌为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将秸秆粉碎至6～8cm，使秸秆含水量达到45wt%，得到原料；

（2）按原料重量55%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，28℃发酵润涨1.5天得到发酵料；

（3）将发酵料加入双螺旋搓磨分丝机进行搓磨分丝帚化2分钟，使用高浓度磨浆机磨浆2分钟，进浆浓度为30%；

（4）然后使用双盘磨浆机精磨，进浆浓度为22%，得到打浆度为45°SR的浆料；

（5）磨出的浆料进入筛选浓缩机进行筛选浓缩，使用双螺旋挤浆机脱水，使制得的植物纤维浆浓度为44%。

测得纸浆得率为81.8%。

实施例6

一种生物冷发酵法秸秆回收剂，由秸秆快腐剂5份，十二烷基磺酸钠5份，分散蒽醌20份，生石灰70份，气相二氧化硅5份组成。

秸秆快腐剂活度为17IU/g，为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、碱性蛋白酶按照活度单位比为5：3：3：5：1的比例混合。 

分散蒽醌为以苯甲醇为溶剂，采用复配乳化剂对蒽醌进行乳化，制备的O/W型蒽醌乳液。

生物冷发酵法秸秆生产植物纤维的工艺，包括以下步骤：

（1）将秸秆粉碎至6～8cm，使秸秆含水量达到45wt%，得到原料；

（2）按原料重量55%的量加入生物冷发酵法秸秆回收剂，搅匀，28℃发酵润涨1.5天得到发酵料；

（3）发酵料经过搓磨分丝帚化和磨浆，得到打浆度为45°SR，浓度为44%的植物纤维浆料。

本实施例中未提及到的工艺参数，像磨浆时间、温度等都以本领域技术人员公知的工艺参数进行操作，没有特殊要求。

测得纸浆得率为82.6%。

本工艺技术是一种投资少，见效快，回报率高，符合国家产业政策，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。使用本发明的工艺得到的纸浆生产瓦楞纸、箱板纸、包装纸、白卡纸、新闻纸等，不但可以提高纸的环压强度，提升产品档次，而且可以降低成本，收到一举多得的效果。