一种制备棉短绒溶解浆的方法

摘要

本发明涉及一种生产溶解浆的方法，特别涉及一种用棉短绒制备合格溶解浆的清洁生产方法。该方法是对备料后的棉短绒原料进行尿素预处理，再经过酶降聚，然后在一定的压力和温度下加入蒸煮底液和双氧水蒸漂处理，最后经过酸处理最终得到合格的溶解浆。与传统的高温、高压、强蒸、重漂工艺相比，本发明缩短了工艺流程，降低了生产能耗，提高了产品得率，使生产成本显著降低，而且生产过程中产生的废水污染负荷小，无毒无害，经过简单的处理便可直接用于农作物灌溉或者用于生产有机肥。

权利要求

1.一种制备棉短绒溶解浆的方法，其特征在于：以备料后的棉短绒为原料，先后加入尿素和酶对其进行处理，然后将其加入到盛有蒸煮底液的压力容器中，加入双氧水进行蒸漂处理，最后对所得浆料进行酸处理，然后经过后处理步骤后得到合格溶解浆；

其具体步骤为：

1)尿素预处理向液比1：7～15的备料棉短绒和水的混合体系中加入尿素，在90℃～170℃条件下预水解处理30～180min；

2)酶处理用硫酸调节上述体系pH至7～8，向体系中加入酶，所述酶为为阿魏酸酯酶或纤维素酶或脂肪酶，加入酶的量为20～200U/g绝干浆，在40℃～80℃条件下，处理2～48h，然后排出处理液，得浆料Ⅰ，其含水量在70wt％～80wt％；

3)蒸漂处理向蒸漂容器中依次加入浆料Ⅰ和蒸煮底液，其质量比为1：0.4～0.6，升温至

85℃～100℃，加入27.5wt％双氧水，其加入量相对绝干棉短绒的质量百分比为5％～20％，并加入水调节体系液比，使其液比在1:8～9范围内，继续升温至120℃～170℃，蒸漂处理1～3h，泄压，整个过程在搅拌条件下进行；

4)酸处理在温度为50℃～90℃的条件下，加入酸，调节体系pH至3～5，处理0.5～3h，反应完成，进入后处理步骤；

其中步骤1)中加入尿素的量相对绝干棉短绒的质量百分比为8％～15％；

步骤3)中蒸煮底液的组分包括纤维素渗透剂、氢氧化钾、表面活性剂，硫酸镁、EDTA；其加入量相对绝干棉短绒的质量百分比如下：纤维素渗透剂0.5％～1％，氢氧化钾10％～

25％，表面活性剂0.1％～1％，硫酸镁0.2％～0.5％，EDTA 0.5％～3％。

2.根据权利要求1所述的一种制备棉短绒溶解浆的方法，其特征在于：步骤4)中加入的酸为盐酸、醋酸、硫酸中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种制备棉短绒溶解浆的方法，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇的复配剂，其复配比例为1：1～10。

说明书

一种制备棉短绒溶解浆的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及制浆技术领域，具体涉及一种制备棉短绒溶解浆的方法。

背景技术

[0002] 棉短绒又称棉籽绒，是通过轧花机的作用后，在棉籽表面附着的一部分短而密集的纤维与绒毛。我国盛产棉花，棉短绒资源十分丰富，将轧花的棉籽全部剥绒后，所得到的短绒数量约相当于皮棉总产量的15%，是一项不容忽视的纤维资源。就其化学成分来说，棉短绒的纤维素含量高达90%（质量分数，下同），此外还含有少量的果胶（约1%）、蜡质（约2%）、木素（2%~3%）、灰分（约1%）等物质，其中大部分在较缓和的蒸煮条件下就可以除去，但由于轧棉过程中棉短绒中混入了棉籽皮、棉壳（其主要成分为木素），因而造成棉短绒制浆难度增加。

[0003] 棉短绒制备溶解浆，主要是一个除去其中的木素、蜡质以及半纤维素，并伴随着棉纤维素聚合度降低的过程。传统的棉短绒制浆方法是先蒸煮后漂白的“重蒸轻漂”的工艺，蒸煮通常在蒸球中进行，通过高温、高压、高碱蒸煮，溶出木素、半纤维素，降低纤维素的聚合度，并去除棉壳、棉籽皮等杂质。传统的制备流程如下：

[0004] （1）备料：棉短绒—开棉机—干式除渣器—风机—旋风分离器；

[0005] （2）制浆：螺旋压榨机—蒸球—喷放锅—高浓除渣器—锥形精浆机—真空吸浆机组—中间池—除砂器—洗浆机—贮浆池—混合器—静态混合器—氯化塔—洗浆机—双辊混合器—碱化塔—双辊混合器—漂白塔—洗浆机—脱氯塔；

[0006] （3）后处理：洗浆机—贮浆池—贮浆池—重力圆盘浓缩机—浆板机。

[0007] 棉短绒制浆工艺采用该方法生产溶解浆，存在着如下的问题：1）蒸煮液与棉短绒的混合、渗透不均匀，蒸煮效果差。2）为了降低聚合度和提高反应性能，对纤维初生胞壁进行充分破坏，采用工艺条件较激烈，碱性水解和剥皮反应强烈，导致棉短绒消耗较高，得率较低。3）废液中溶有木素、半纤维素、蜡质等有机物，其COD较高（30000-40000mg/l），废液处理困难，成本较高。4）采用氯气或氯化物漂白，废水中含有氯，增加了废液处理的难度。5）生产工艺复杂，设备较多，生产成本投入较大。

[0008] 为了降低污染，碱-过氧化氢法制浆开始被推广应用。文献（唐继福， 李凤翥. 棉短绒制浆新工艺[J]. 纸和造纸 2005(1): 42-43）中详细介绍了这种方法。这种方法用过氧化氢代替氯气、二氧化氯等氯系漂白剂，可以减少废液中的污染物，而且成浆得率及白度较高。但是这种方法也存在着双氧水只能漂白纤维表层、不易渗透、不能有效去除油脂和蜡质、双氧水容易无效分解、蒸漂效果有待改进等问题。

发明内容

[0009] 针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种污染小、废液易回收利用、产品收率高、蒸漂效果好、生产成本低的棉短绒溶解浆的制备方法。

[0010] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：以备料后的棉短绒为原料，先后加入尿素和酶对其进行处理，然后将其加入到盛有蒸煮底液的压力容器中，并加入双氧水进行蒸漂，最后对所得浆料进行酸处理，然后经过后处理步骤后得到合格溶解浆。

[0011] 其具体步骤为：

[0012] 1）尿素预处理 向液比（绝干棉短绒与液体的重量比，液体密度按1g/cm3）1：7~15的备料棉短绒和水的体系中加入尿素，在90℃ ~ 170℃条件下，预水解处理30 ~ 180 min；

[0013] 2）酶处理  用硫酸调节上述体系pH至7 ~ 8，向体系中加入酶，所述酶为为阿魏酸酯酶或纤维素酶或脂肪酶，加入酶的量为20 ~ 200U/g绝干浆，在40℃ ~ 80℃条件下，处理2 ~ 48h，然后排出处理液，得浆料Ⅰ，其含水量在70wt% ~ 80wt%；

[0014] 3）蒸漂处理  向蒸漂容器中依次加入浆料Ⅰ和蒸煮底液，其质量比为1：0.4~0.6，升温至85℃~ 100℃，加入27.5wt%双氧水，其加入量相对绝干棉短绒的质量百分比为5% ~ 20%，并加入水调节体系液比，使其液比在1:8~9范围内，继续升温至120℃ ~ 170℃，蒸漂处理1 ~ 3h，泄压，整个过程在搅拌条件下进行；

[0015] 4）酸处理  在温度为50℃ ~ 90℃的条件下，加入酸，调节体系pH至3~5，处理0.5~3h。

[0016] 备料为步骤为现有技术，目的是尽量多的除去棉短绒中的沙尘、棉壳、棉籽等杂物。备料后，首先是向备料的棉短绒体系中加入尿素进行预水解。尿素的碱性特征起到渗透和润涨作用，可以脱除棉短绒表面的蜡脂；选用尿素的原因还在于，一方面，尿素作用温和，对纤维的切断作用小，减少了棉短绒原料的损失，有利于提高收率；另一方面，尿素作为一种常用的肥料，含有尿素的废液对环境不但不构成污染，生产废液经过处理后还可以作为肥料使用。棉短绒经过尿素处理后能够增大纤维与酶和其它化学试剂的接触面积，提高可及度，从而加快反应速度，减少下面酶的用量。尿素的最佳用量相对绝干棉短绒的质量百分比为6% ~ 12%，在90 ~ 170℃下，预处理30 ~ 180 min。

[0017] 再向体系中加入酶。酶处理不仅污染小而且有很强的选择性和针对性，本发明涉及到三种制浆领域常见的酶：阿魏酸酯酶能水解多糖阿魏酸酯中的酯键，将阿魏酸游离出来，它能切断细胞壁中多糖-多糖、多糖-木质素间的交联，有利于细胞壁物质中纤维素的降解和木素的释放；脂肪酶和纤维素酶都能切断纤维素的糖苷键，有效的降低纤维素的聚合度。为了给酶提供一个适宜的环境，用硫酸调节体系pH至7 ~ 8，控制温度在40 ~ 80℃之间，然后选择这三种酶中的1~3种，酶的用量范围为20 ~ 200U/g绝干浆，降聚处理2 ~ 48h。通过酶降聚处理后，能大大降低棉短绒的聚合度，保证了下一步蒸漂的效果。酶处理后，排出处理液，使浆料含水量在70%~80%。

[0018] 向蒸漂容器中依次加入浆料Ⅰ和蒸煮底液，其质量比为1：0.4~0.6。蒸煮底液的组分为：纤维素渗透剂：0.5%~1%，氢氧化钾 10% ~ 25%，表面活性剂0.1% ~ 1%，硫酸镁0.2% ~ 0.5%，EDTA 0.5% ~ 3%，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇的复配剂。

[0019] 本发明中所述的蒸煮底液的组分中纤维素渗透剂能使其它化学试剂更好地与棉短绒纤维接触，提高其作用效率。氢氧化钾代替传统的氢氧化钠，这样废液中含有钾离子，有利于废液作为肥料的应用。表面活性剂的作用主要有加速蒸煮渗透、改善漂白效果等。硫酸镁的加入和EDTA螯合重金属的作用，减少了加入双氧水后双氧水的无效分解，从而改善双氧水漂白效果。

[0020] 将上述混合体系加热，温度升至85℃~ 100℃时，加入双氧水，双氧水的加入能够氧化分解废液中的大部分有机物，强化蒸煮效果，增加浆料白度。在实践中发现在该温度下加入双氧水能得到最佳效果，因为这样可以使其快速释放羟基自由基，减少无效分解。加入量相对绝干棉短绒的质量百分比为5% ~ 20%，并适量加入水调节液比，使其在1:8~9范围内，保证其能正常搅拌，而且有最佳的蒸漂效果。继续升温至120℃ ~ 170℃，蒸漂处理1 ~ 3h，泄压排料，整个过程在搅拌条件下进行。

[0021] 最后，加入酸进行处理，目的是提高浆粕的白度、降低灰分、改善浆粕的反应性能，最终使浆粕达到粘胶短纤维用棉浆粕一等品的质量标准（FZ/T 51001-2009），加入盐酸、硫酸、醋酸中的任何一种，调节体系pH至3~5，处理0.5~3h。

[0022] 运用本发明的工艺制备溶解浆，产品得率和白度均比传统工艺有所提高。产生的废液经过简单的除渣、沉降、调pH后即可排放，还能用于农田灌溉和有机肥料，废液中COD从现有技术的40000mg/L降低到≤14000mg/L。

[0023] 本发明的有益效果为：缩短了传统碱液蒸煮的工艺流程，降低了生产能耗，产品得率和质量都有明显提高，使生产成本显著降低。另外，生产废液中的污染物含量降低，废液经简单处理即可用于农田灌溉或做有机肥料。

具体实施方式

[0024] 实施例1

[0025] 实施例中所用的棉短绒是市场上买到的三类一级绒。

[0026] 具体流程如下：

[0027] 备料：棉短绒—开棉机—干式除渣器—风机—旋风分离器；

[0028] 制浆：尿素预处理—酶处理—蒸漂处理—酸处理；

[0029] 后处理：除渣—洗浆机—贮浆池—贮浆池—重力圆盘浓缩机—浆板机。

[0030] 实施例中的备料和后处理过程均为传统工艺，以下实施例中不再重复介绍。

[0031] 制浆过程如下：

[0032] 第一步：尿素预处理

[0033] 向不锈钢搅拌釜容器中加入1Kg（绝干量）的备料棉短绒，调节液比（绝干固体和总液体的比值，下同）为1:7，加入尿素80g，升温至90℃，保温180min；

[0034] 第二步：酶处理

[0035] 用9 mol·L-1的硫酸溶液，调整体系pH至7，温度降低至40℃，加入阿魏酸酯酶和纤维素酶质量比为1:1，用量为200U/g绝干浆，保温处理48h，然后排出处理液，使浆料含水量在70wt%；

[0036] 第三步：蒸漂处理

[0037] 蒸漂处理在带有搅拌的不锈钢压力反应器中进行，反应器外有夹套可以通入蒸汽加热。按质量比1:0.4向反应器中加入预处理浆料和蒸煮底液，然后在夹层通蒸汽，使浆料升温至85℃时，加入双氧水50g，加入50℃温水，调节液比至1:8然后封闭反应器，继续加热，使温度升至120℃，保温3h放料；

[0038] 蒸漂处理过程中涉及的蒸煮底液是纤维渗透剂、氢氧化钾、表面活性剂，硫酸镁、EDTA的混合液，用量如下：渗透剂：5g，氢氧化钾 100g，表面活性剂1g，硫酸镁2g，EDTA 5g；

[0039] 整个蒸漂过程中一直开搅拌，搅拌转速200r/min；

[0040] 第四步：酸处理

[0041] 向料液中加入硫酸，调整pH至3，50℃下保温3h；

[0042] 酸处理后进行后处理，均为现有技术不再赘述。

[0043] 最终获得的棉短绒溶解浆，收率可达86.5%，并且对产品质量进行了检测（产品质量数据见附表一），均达到粘胶短纤维用棉浆粕一等品质量标准（FZ/T 51001-2009）。收率及相关产品质量参数均按照国家标准测定。

[0044] 实施例2

[0045] 实施例中所用的棉短绒是市场上买到的三类绒一级绒。

[0046] 所用的棉短绒已经过备料。

[0047] 制浆过程如下：

[0048] 第一步：尿素预处理

[0049] 向不锈钢搅拌釜容器中加入1Kg（绝干量）的备料棉短绒，调节液比为1:10，加入尿素150g，升温至170℃，保温180min；

[0050] 第二步：酶处理

[0051] 用9 mol·L-1的硫酸溶液，调整体系pH至8，温度降低至80℃，加入阿魏酸酯酶，用量为100U/g绝干浆，保温处理48h，然后排出处理液，使浆料含水量在75wt%；

[0052] 第三步：蒸漂处理

[0053] 蒸漂处理在带有搅拌的不锈钢压力反应器中进行，反应器外有夹套可以通入蒸汽加热。按质量比1:0.5向反应器中加入处理后料液和蒸煮底液，然后在夹层通蒸汽，使浆料升温至85℃时，加入双氧水20%，加入100℃热水，调节液比至1:10然后封闭反应器，继续加热，使温度升至120℃，保温3h放料；

[0054] 蒸漂处理过程中涉及的蒸煮底液是渗透剂、氢氧化钾、表面活性剂，硫酸镁、EDTA的混合液，加入量如下：渗透剂：10g，氢氧化钾 250g，表面活性剂10g，硫酸镁5g，EDTA 30g；

[0055] 整个蒸漂过程中一直开搅拌，搅拌转速200r/min；

[0056] 第四步：酸处理

[0057] 所用的酸为盐酸，酸处理的温度为95℃，调pH至 5，酸处理时间为0.5h。

[0058] 酸处理后进行后处理，均为现有技术不再赘述。

[0059] 最终获得的棉短绒溶解浆，收率可达85.1%，并且对产品质量进行了检测（产品质量数据见附表一），均达到粘胶短纤维用棉浆粕一等品质量标准（FZ/T 51001-2009）。收率及相关产品质量参数均按照国家标准测定。

[0060] 实施例3

[0061] 实施例中所用的棉短绒是市场上买到的三类绒一级。

[0062] 所用的棉短绒已经过备料。

[0063] 制浆过程如下：

[0064] 第一步：尿素预处理

[0065] 向不锈钢搅拌釜容器中加入 1Kg（绝干量）的备料棉短绒，调节液比1:15，加入尿素100g，升温至130℃，保温120min；

[0066] 第二步：酶处理

[0067] 用9 mol·L-1的硫酸溶液，调整体系pH至7.5，温度降低至60℃，加入阿魏酸酯酶、纤维素酶、脂肪酶质量比为1:1:1，用量为20U/g绝干浆，保温处理12h，然后排出处理液，使浆料含水量在70%~80%。pH值是用自来水和氢氧化钾溶液调节；

[0068] 第三步：蒸漂处理

[0069] 蒸漂处理在带有搅拌的不锈钢压力反应器中进行，反应器外有夹套可以通入蒸汽加热。按质量比1:0.6向反应器中加入处理后料液和蒸煮底液，然后在夹层通蒸汽，使浆料升温至95℃时，加入双氧水150g，加入80℃温水，调节液比至1:9然后封闭反应器，继续加热，使温度升至150℃，保温2h放料；

[0070] 蒸漂处理过程中涉及的蒸煮底液是渗透剂、氢氧化钾、表面活性剂，硫酸镁、EDTA的混合液，加入量如下：渗透剂：8g，氢氧化钾 200g，表面活性剂5g，硫酸镁3g，EDTA 20g；

[0071] 整个蒸漂过程中一直开搅拌，搅拌转速200r/min；

[0072] 第四步：酸处理

[0073] 所用的酸为醋酸，酸处理的温度为70℃，pH至4，酸处理时间为2.5h；

[0074] 酸处理后进行后处理，均为现有技术不再赘述。

[0075] 最终获得的棉短绒溶解浆，收率可达86.9%，并且对产品质量进行了检测（产品质量数据见附表一），均达到粘胶短纤维用棉浆粕一等品质量标准（FZ/T 51001-2009）。收率及相关产品质量参数均按照国家标准测定。

[0076] 实施例4

[0077] 实施例中所用的棉短绒是市场上买到的三类绒一级。

[0078] 所用的棉短绒已经过备料。

[0079] 制浆过程如下：

[0080] 第一步：尿素预处理

[0081] 向不锈钢搅拌釜容器中加入 1Kg（绝干量）的备料棉短绒，调节液比1:10，加入尿素120g，升温至140℃，保温120min；

[0082] 第二步：酶处理

[0083] 用9 mol·L-1的硫酸溶液，调整体系pH至7.5，温度降低至60℃，加入纤维素酶、脂肪酶质量比为1:1，用量为150U/g绝干浆，保温处理12h，然后排出处理液，使浆料含水量在70%~80%；

[0084] 第三步：蒸漂处理

[0085] 蒸漂处理在带有搅拌的不锈钢压力反应器中进行，反应器外有夹套可以通入蒸汽加热。按质量比1:0.5向反应器中加入处理后料液和蒸煮底液，然后在夹层通蒸汽，使浆料升温至100℃时，加入双氧水150g，加入80℃温水，调节液比至1:9然后封闭反应器，继续加热，使温度升至150℃，保温2h放料；

[0086] 蒸漂处理过程中涉及的蒸煮底液是渗透剂、氢氧化钾、表面活性剂，硫酸镁、EDTA的混合液，加入量如下：渗透剂：8g，氢氧化钾 200g，表面活性剂5g，硫酸镁3g，EDTA 20g；

[0087] 整个蒸漂过程中一直开搅拌，搅拌转速200r/min；

[0088] 第四步：酸处理

[0089] 所用的酸为醋酸，酸处理的温度为70℃，pH至4，酸处理时间为2.5h。

[0090] 酸处理后进行后处理，均为现有技术不再赘述。

[0091] 最终获得的棉短绒溶解浆，收率可达85.9%，并且对产品质量进行了检测（产品质