專利名稱：生物發(fā)酵制漿技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及造紙制漿工藝，是利用發(fā)酵原理和現(xiàn)代生物科技，以禾類草本植物纖維為主體原料、以目前在線工業(yè)設備為基礎，研究開發(fā)的一種新型無污染生物制漿新技術。
背景技術：
我國是最早發(fā)明造紙術的國家，也是世界上的造紙、用紙大國。造紙工業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)之一，但造紙工業(yè)仍沿用燒堿法、硫酸鹽法、石灰法、亞硫酸鹽法等化學制漿生產(chǎn)工藝，因排放大量黑液而成為我國有機水污染物最嚴重的工業(yè)企業(yè)(占總量的32.7％)。另外，目前被動的污染治理技術也存在著治理不徹底、設備投資高、運行費用大等問題。其污染問題已成為嚴重制約造紙業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，研究探索從根本上消除污染源和行之有效的制漿新技術、新工藝，已成為多年來中外專家學者努力研究和探索的目標。
利用現(xiàn)代生物技術研究和開發(fā)生物制漿造紙技術在國內(nèi)外被普遍重視。瑞典林產(chǎn)業(yè)研究所采用紫外線照射無性生殖孢子，成功培育出了無纖維素酶變異株，并通過樺木片實驗，使樺木原木素降解了21％~28.5％。國內(nèi)的許多專家學者也在進行不懈努力和多方面的探索研究，胡愛祖等總結了“中國非木材纖維原料制漿造紙的經(jīng)驗及成就”(《中國造紙》1998年第10期)，余惠生等研討的“白腐菌對稻草的生物降解規(guī)律及其在生物制漿上的潛在應用”(《中國造紙》1989年第1期)，張厚民等論述了“生物技術與造紙工業(yè)的關系”(《中國造紙》1994年第2期)。這些探索對生物制漿的研究和探索起到了很大的推動作用。
目前，造紙原料的分類方法非常多，從植物纖維原料的結構上來分，細胞壁的結構可分為胞間層、初生壁和次生壁；次生壁又可分為外層、中層和內(nèi)層。
從細胞上分可分為非纖維細胞(雜細胞)和纖維細胞。非纖維細胞大多數(shù)屬薄壁細胞，如禾類草本植物中的表皮細胞、硅細胞、石細胞、木栓細胞、篩管等。薄壁細胞薄而柔軟、短小、胞腔大，多為圓形、橢圓形或多面形，在生產(chǎn)時因易吸收水溶液和藥物而起作用，洗滌時大部分被剝皮托出而流失；再則這部分細胞交織力弱，機械強度差，造成紙張強度下降，所以從造紙的角度來看，原料中非纖維細胞愈少愈好。纖維細胞主要是韌皮型纖維細胞等這類細胞壁厚、胞腔窄，是造紙的主要原料，就質(zhì)量而論凡纖維狀細胞含量愈多質(zhì)量愈好。
就禾類草本植物化學組成上來分，大致可分為三部分①纖維素是構成植物纖維細胞的主要組分，是由大量葡萄糖失水構成的鏈狀高分子化合物。它是造紙用的主要原料，也是制漿過程中應極力保留的部分，它包括粗纖維、長纖維、短纖維、細纖維和微纖維。麥草中約占47％，稻草中約占39％，荻葦中約占76％。
②半纖維素是植物原料中低分子的多糖，在纖維細胞壁中與纖維素緊密結合，在水中的潤脹度大，屬非均一性多糖，也是造紙過程中可適當保留的部分。
③木素是芳香族高分子化合物，也是這一類相似物質(zhì)的總稱，它存在于纖維和微纖維之間，其作用如同一種粘合劑將纖維和半纖維橫向粘合成一體而成為植物的莖。草類原料中一般含20％左右，棉花和亞麻則不含木素；因木素有礙造紙，因此是制漿過程中應盡量脫除的部分，簡單的說制漿的過程就是脫除木素、疏解纖維素的過程。
我國現(xiàn)有的制漿方法，歸納起來大致可分為三類①機械制漿即用機械撕裂的原理破壞木素而不脫除木素的制漿方法，如馬尾松磨木漿、蔗渣機械漿等。因未脫除木素，所以紙質(zhì)發(fā)脆、發(fā)硬，只能生產(chǎn)低檔紙，如高強度瓦楞紙、包裝紙等，基本上沒有污染。
②化學制漿即用堿法或亞硫酸鹽法等化學原理脫除木素的制漿方法，也就是用化學藥品使纖維細胞之間粘結物質(zhì)，即木素溶脫去一部分，使纖維互相分離而成漿；因其脫木素較為徹底，所以紙質(zhì)優(yōu)良，可以生產(chǎn)各種高檔紙，但因為化學制漿的腐蝕性較強，嚴重地破壞了細纖維、微纖維等可用纖維，從而降低了制漿的得漿率，同時也對環(huán)境造成了嚴重的污染。
③半機械或半化學漿即機械制漿和化學制漿相結合的制漿方法，其紙質(zhì)優(yōu)于機械漿，次于化學漿，但生產(chǎn)的大量廢水和化學制漿一樣會造成嚴重的環(huán)境污染，且處理費用相當昂貴。
目前，與本發(fā)明接近的專利是授權公告號CN 1063505C，申請?zhí)?7101537.6，發(fā)明名稱生物脫木素—機械制漿技術，摘要生物……，該專利的不足之處①原草堆垛，自然培養(yǎng)，溫差較大，發(fā)酵不勻，生產(chǎn)周期長，轉換效率低；②未采用水循環(huán)系統(tǒng)，補給水量大，水資源浪費嚴重；③采用普通低壓蒸汽滅菌，消毒效率低，殺菌不徹底；④因單寧、色素等未進行徹底處理，而留在漿里，從而使紙質(zhì)發(fā)脆，顏色發(fā)暗；⑤所成紙漿只能用于普通或低檔紙張的生產(chǎn)。
本發(fā)明是利用現(xiàn)代生物發(fā)酵技術，以禾類草本植物纖維為原料，采用微生物降解木素、保留纖維的生物發(fā)酵脫木素制漿方法，生產(chǎn)無污染的生物制漿。本發(fā)明的最大特點是不用有污染的化學藥劑，不排放有污染的制漿黑液以實現(xiàn)無污染制漿的目的。
本發(fā)明的目的就是設計一種生物發(fā)酵制漿新技術，以解決造紙生產(chǎn)過程中造成的環(huán)境污染問題。
發(fā)酵就是通過微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程，發(fā)酵的種類很多，根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，可以分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵，根據(jù)所生成的產(chǎn)物可以分為抗生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵等；根據(jù)發(fā)酵過程對氧的需求情況可以分為厭氧發(fā)酵(如酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵)、需氧發(fā)酵(如抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵)和兼性發(fā)酵，即厭氧微生物、好氧微生物和兼性微生物，酵母菌就屬于兼性微生物。
本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖(附圖
)標示如下原料→篩選→備料→洗滌→浸漬培植→O1發(fā)生器→消潛培植→O2發(fā)生器→過濾→機化粉碎→篩選→洗滌→加工→成品下面結合工藝流程對工序進一步說明1、原料為禾類草本植物原料，如稻草、麥草、蘆葦、蔗渣、龍須草等；其組織結構疏松，纖維間聚合度較低，半纖維素含量較多，較適應生物制漿條件。
2、篩選選擇有利于生物發(fā)酵制漿長度的原料；3、洗滌凈化原料，去除雜質(zhì)4、浸漬培植用溫水和生物酶進行混合后與備用篩選原料進行混合浸漬，使生物酶完全吸附在原料中5、O1發(fā)生器加入適量的溫度和氧，使浸漬在原料中的生物酶迅速膨脹，發(fā)酵，促使其組織結構變化；6、消潛培植加入高分子表面活性劑和生物催化復合劑，使膨脹原料分解，使木質(zhì)素、淀粉、果膠、脂肪等葡萄糖類和灰分從纖維中分離出來；
7、O2發(fā)生器首先，在發(fā)生器內(nèi)加入氧及溫度、壓力，促進微生物的進一步降解；其次，加入強氧化劑殺菌，強氧化劑既是消毒劑又是漂白劑，在殺死細菌的同時，獲得一定白度的紙漿；8、過濾從發(fā)生器內(nèi)排出的殘液，通過過濾、吸附、凈化，其殘液做為培養(yǎng)基又回到消潛培植中，加入適當?shù)妮o料后可循環(huán)使用；9、機化粉碎采用機械法使?jié){類磨打疏解成有用漿；10、篩選將有用漿進行精選，其纖維進入洗滌加工程序，其粗渣做為原料重新回到浸漬培植階段；11、洗滌加工纖維經(jīng)過以上處理，再經(jīng)過洗滌加工，增加其純度和白度，以達到生產(chǎn)用紙漿的要求；12、成品把純凈的漂白紙漿抄制成成品紙或紙板，以檢驗其成紙性能。
本發(fā)明的目的歸納起來說是這樣實現(xiàn)的篩選備料、清洗原料、生物發(fā)酵、生物脫木素、消毒漂白、機械磨漿的過程。其篩選備料主要是將原料切成符合生物制漿的長度；清洗原料主要是進一步凈化原料，去除其雜質(zhì)；生物發(fā)酵采用的微生物為真菌類子囊菌綱酵母菌組，其作用是使纖維間的淀粉、脂肪、果膠、樹脂等聚戊糖發(fā)生潤脹和剝皮反應，其內(nèi)部組織結構變松弛，分子間聚合度下降，為下一階段工序生物脫木素做好前期準備；生物脫木素采用的微生物為真菌類擔子菌綱霉菌組和裂殖菌綱放線菌組，它們以淀粉、脂肪、微纖維等為培養(yǎng)基，在高氧高壓和催化復合劑、表面活性劑的作用下迅速膨脹，使纖維和木素組織結構分離而降解；消毒漂白主要以溫度和強氧化劑為主。而強氧化劑能釋放出新生態(tài)的氧而具有強氧化性，所以它既是消毒劑(殺死細菌)、又是漂白劑(漂白紙漿)，從而避免了紙漿過程中細菌的污染和黑液的產(chǎn)生；機械磨漿主要是采用縱向氣流摩擦和橫向機械摩擦的方法，使纖維疏散成漿。
本發(fā)明所能達到的效果是用現(xiàn)有在線制漿造紙工業(yè)設備，做適當改進，利用禾類草本植物等普通的常規(guī)造紙原料，采用生物脫木素制漿技術，生產(chǎn)生物漿，從而避免了化學制漿所造成的環(huán)境污染問題和被動治污所帶來的昂貴的設備投資和無窮無盡的費用，其意義將對造紙業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。
權利要求
1.生物發(fā)酵制漿新技術是利用微生物發(fā)酵降解木質(zhì)素、保留纖維，并配以機化處理的制漿方法，其持征是篩選備料、清洗原料、生物發(fā)酵、生物脫木素、消毒增白、機化磨漿等過程。
2.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述的原料為非木材類植物即禾類草本植物，如稻草、麥草、龍須草、荻葦、蔗渣等一年生植物；
3.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述的原料切料長度為05-08mm；
4.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述的培植水溫為50-70℃，溫度為27-45℃；
5.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中發(fā)酵的生物為真菌類子囊菌綱酵母菌組；
6.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述培植氧為工業(yè)氧；
7.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述的脫木素生物為真菌類擔子菌綱霉菌組或裂殖菌綱放線菌組；
8.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述生物殺菌增白劑可以是過氧化物或次氯酸鈣、二氧化氯等；
9.根據(jù)權利1所述生物發(fā)酵制漿新技術，其中所述的縱向氣流摩擦，氣流壓力為0.3-0.5Kg/cm2，速度為30-40米/秒；橫向機械摩擦其壓力為0.2-0.3Kg/cm2，磨間距為0.2-0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明是生物發(fā)酵制漿新技術，屬實質(zhì)原創(chuàng)發(fā)明。該項發(fā)明利用現(xiàn)代生物技術，以禾類草本植物纖維為主體原料，用微生物發(fā)酵降解木質(zhì)素，保留纖維的生物脫木素制漿方法。其最優(yōu)特點是培植周期短、發(fā)酵效率高；采用水循環(huán)系統(tǒng)用水量小；采用高溫高氧殺菌，消毒徹底且能增加白度；控制了黑液的產(chǎn)生、實現(xiàn)了無污染制漿的目的。操作簡便、生產(chǎn)可靠、設備投入少、運行成本低，其意義將對造紙業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護產(chǎn)生深遠的影響。
文檔編號D21C3/00GK1546786SQ20031010224
公開日2004年11月17日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權日2003年10月29日
發(fā)明者楊文生 申請人:楊文生