一种温和高效的废纸脱墨方法

摘要

本发明涉及一种温和高效的废纸脱墨方法，包括以下步骤：（1）将废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土混合进行碎浆，它们之间的重量比为100：800～1000：0.01～0.02：80～100；（2）将所得废纸浆液加水进行稀释，并再次加入脂肪酶、改性凹凸棒土，然后进行40～60Hz超声处理，它们之间的重量比为100：300～500：0.002～0.005：10～20；（3）对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌10～20min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，进行洗涤即可。本发明在中性条件下完成，完全摒弃化学脱墨剂，使油墨与纤维分离彻底的同时，延长设备使用寿命，降低环境污染。

权利要求

1.一种温和高效的废纸脱墨方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将废纸浸入水中，控制水温30 ～ 50℃，同时加入脂肪酶，保持搅拌混合20 ～

30min，在液体表面均匀撒入改性凹凸棒土，进行碎浆30 ～ 40min，得到废纸浆液；本步骤所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100 ：800 ～ 1000 ：0.01 ～ 0.02 ：

80 ～100 ；

（2）将所得废纸浆液加入到稀释槽中，加水进行稀释，再加入脂肪酶，同时，加入改性凹凸棒土，静置10 ～ 20min 后进行40 ～ 60Hz 超声处理3 ～ 5min，然后混合搅拌15 ～

20min，得稀释浆液；本步骤所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100 ：

300 ～500 ：0.002 ～ 0.005 ：10 ～ 20 ；

（3）对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌10 ～ 20min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，对上层浆液进行洗涤即可,其中，所述改性凹凸棒土的制备方法如下：

（1）称取凹凸棒土50重量份、水450重量份，将二者混合，然后加入十二烷基硫酸钠3重量份，80 ～ 100Hz超声处理30min，静置沉降，弃上层浑浊液体，将下层进行离心、洗涤后，烘干备用；

（2）称取硬脂酸表面改性剂1重量份、水8重量份，将二者混合搅拌45min，称取10重量份所得烘干备用的凹凸棒土，溶于100重量份10wt% 盐酸中，然后加入所得硬脂酸表面改性剂水溶液1重量份，在60℃条件下搅拌1.5h，冷却至室温后抽滤，用去离子水洗涤后，于85℃条件下真空干燥18h，过筛，得到粒度2 ～ 5mm 的改性凹凸棒土。

2.根据权利要求1所述温和高效的废纸脱墨方法，其特征在于：步骤（1）所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100 ：900 ：0.02 ：90。

3.根据权利要求1所述温和高效的废纸脱墨方法，其特征在于：步骤（2）所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100 ：400 ：0.004 ：15。

4.根据权利要求1所述温和高效的废纸脱墨方法，其特征在于：步骤（2）所述超声处理的频率为50Hz。

5.根据权利要求1所述温和高效的废纸脱墨方法，其特征在于：所述改性凹凸棒土的制备方法中，超声处理的频率为90Hz。

说明书

一种温和高效的废纸脱墨方法

技术领域

[0001] 本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种温和高效的废纸脱墨方法。

背景技术

[0002] 废纸是重要的可再生资源,废纸回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。近三十年来，世界各国高度重视废纸资源利用，回收率和利用率逐年增长，处理废纸的技术得到不断改进和完善，用废纸浆制成的纸和纸板的产量和品种也逐年增多。部分国家甚至已通过政府立法，强制造纸企业使用一定比例的废纸资源，将其作为一项实现造纸工业可持续发展和环境保护的措施。

[0003] 所谓废纸回收利用，就是将废纸进行再生处理，除去废纸原料中含有的油墨和其它杂质，回收纸浆纤维。废纸中含有的油墨是主要杂质，特别是油墨的残留量，它左右着脱墨制浆的质量，并决定着纸浆的用途。不言而喻，要拓宽脱墨纸浆的适用范围，必须尽可能多地除去油墨，降低油墨残留量。

[0004] 目前，废纸脱墨一般通过化学试剂和/或生物酶来破坏印刷油墨对纤维的粘附，在适当的温度和机械力作用下，将油墨从纤维素上分离下来。整个过程主要分三步：纤维的润涨分离、油墨从纤维素上脱落、油墨离子从浆料中除去。其中，经常使用NaOH来控制浆液pH值在碱性范围以便润涨，使用表面活性剂来捕获油墨离子来令其悬浮以便浮选。但NaOH的使用会降低浆料质量，使生产设备结垢，降低使用寿命，表面活性剂也易腐蚀设备，增加废水污染。因此，如何使废纸脱墨工艺兼顾质量、环保与效率，成为目前造纸行业亟待解决的问题。

[0005] 中国专利CN1312353公开了一种脂肪酶废纸脱墨工艺，依次投入脂肪酶脱墨剂、氢氧化钠、表面活性剂、过氧化氢等进行废纸脱墨。该脂肪酶脱墨工艺可以减少纤维损伤，提高得率，节省能源，大幅降低废水耗氧量，减轻环境污染，减少废水处理成本。但其依然采用部分碱及表面活性剂，依旧影响着脱墨浆料质量和设备使用寿命。

发明内容

[0006] 针对上述问题，本发明提供一种温和高效的废纸脱墨方法，该方法在中性条件下完成，完全摒弃化学脱墨剂，使油墨与纤维分离彻底的同时，延长设备使用寿命，降低环境污染。

[0007] 本发明技术方案如下：

[0008] 一种温和高效的废纸脱墨方法，包括以下步骤：

[0009] (1)将废纸浸入水中，控制水温30～50℃，同时加入脂肪酶，保持搅拌混合20～30min，在液体表面均匀撒入改性凹凸棒土，进行碎浆30～40min，得到废纸浆液；本步骤所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：800～1000：0.01～0.02：80～
100，优选100：900：0.02：90；

[0010] 在碎浆过程中，加入一定量脂肪酶催化油墨中连接剂分解，促使颜料与纤维分离，再加入改姓凹凸棒土增加摩擦效果(由于凹凸棒土表面多孔穴，且凹凸不平)，使油墨粒子进一步脱离纤维表面；同时，利用改姓凹凸棒土进行全范围吸附：由于凹凸棒土堆积密度小，故初始加入时，凹凸棒土会停留在浆液表面，在浸润吸附表面油墨后，其密度逐渐增大，3
下沉进行下层油墨的吸附(一般情况下，印刷油墨中颜料的密度在1～2.25g/cm，而凹凸
3
棒土的堆积密度在0.68g/cm以下)；

[0011] (2)将所得废纸浆液加入到稀释槽中，加水进行稀释，再加入脂肪酶，同时，加入改性凹凸棒土，静置10～20min后进行40～60Hz超声处理3～5min，然后混合搅拌15～20min，得稀释浆液；本步骤所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：
300～500：0.002～0.005：10～20，优选100：400：0.004：15；

[0012] 由于超声波的空化作用，使稀释浆液中产生大量气泡，这些气泡吸收能量又不断的爆破，同时击碎油墨粒子，使呈现为更小的颜料分子或分子团，与改性凹凸棒土内部空间进行交换进入，该空间与颜料分子大小匹配，形成稳定吸附；

[0013] (3)对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌10～20min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，对上层浆液进行洗涤即可；

[0014] 所用改性凹凸棒土不仅能吸附浆液中的油墨离子，而且能吸附其它粘度较高的物质，以及清除其中的微生物及重金属，降低废水污染。

[0015] 对于上述温和高效的废纸脱墨方法，所述超声处理的频率为50Hz。

[0016] 对于上述温和高效的废纸脱墨方法，所述改性凹凸棒土的制备方法如下：

[0017] (1)称取凹凸棒土50重量份、水450重量份，将二者混合，然后加入十二烷基硫酸钠3重量份，80～100Hz超声处理30min，静置沉降，弃上层浑浊液体，将下层进行离心、洗涤后，烘干备用；

[0018] (2)称取硬脂酸表面改性剂1重量份、水8重量份，将二者混合搅拌45min，称取10重量份所得烘干备用的凹凸棒土，溶于100重量份10wt％盐酸中，然后加入所得硬脂酸表面改性剂水溶液1重量份，在60℃条件下搅拌1.5h，冷却至室温后抽滤，用去离子水洗涤后，于85℃条件下真空干燥18h，过筛，使得到粒度2～5mm的改性凹凸棒土。

[0019] 对于上述温和高效的废纸脱墨方法，所述超声处理的频率为90Hz。

[0020] 采用该方法改性凹凸棒土，使其去杂增韧、匀质均孔，进而在后续的脱墨过程中不带入杂质，不卷入浆料，不产生胶体化影响分离。

[0021] 本发明的积极有益效果：

[0022] 本发明设计科学，操作简单，无须添加任何pH调节剂或表面活性剂，即可达到相当的效果，且保证了浆料质量，减少了设备结垢等现象，提高设备使用寿命。

[0023] (1)本发明充分利用凹凸棒土比表面积大、吸附力强、堆积密度低、可重复回收利用等特点，并进行改性，摒弃其粒径不一、表面易碎、易胶体化等不利因素，形成一种承载性良好的专用吸附材料，针对性匹配废纸脱墨工艺。

[0024] (2)本发明改性凹凸棒土作为一种分子筛，其对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力)，其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力；另外，由于孔径分布非常均一，使其呈现筛分功能，只有分子直径小于其孔径的物质才可能进入其晶穴内部，只有分子直径略小于其孔径的物质才能较稳定地存留于其晶穴内部。在本发明特定频率超声处理下，浆液中集聚一定能量，使改性凹凸棒土晶穴内与外界不停进行物质交换，作为分子直径较小的水不能稳定存留，而明显较大的有机颜料(如偶氮系、酞青系)分子体型匹配，形成了稳定吸附；即达到超声频率、物质交换与晶穴孔径的高度匹配。

[0025] (3)本发明摒弃复杂的浮选工艺，利用凹凸棒土孔隙率大、堆积密度小、吸附后密度大的特点，自上而下进行全方位吸附，解决了传统上颜料沉于下层难清除的问题。

[0026] (4)本发明改性凹凸棒土可以再生，它耗能少，对环境保护非常有利。

具体实施方式

[0027] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

[0028] 实施例1

[0029] 一种温和高效的废纸脱墨方法，包括以下步骤：

[0030] (1)将废纸浸入水中，控制水温30℃，同时加入脂肪酶，保持搅拌混合20min，在液体表面均匀撒入改性凹凸棒土，进行碎浆30min，得到废纸浆液；本步骤所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：900：0.02：90；

[0031] (2)将所得废纸浆液加入到稀释槽中，加水进行稀释，再加入脂肪酶，同时，加入改性凹凸棒土，静置10min后进行50Hz超声处理3min，然后混合搅拌15min，得稀释浆液；本步骤所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：400：0.004：15；

[0032] (3)对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌10min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，对上层浆液进行洗涤即可。

[0033] 实施例2

[0034] 一种温和高效的废纸脱墨方法，包括以下步骤：

[0035] (1)将废纸浸入水中，控制水温50℃，同时加入脂肪酶，保持搅拌混合30min，在液体表面均匀撒入改性凹凸棒土，进行碎浆40min，得到废纸浆液；本步骤所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：800：0.01：80；

[0036] (2)将所得废纸浆液加入到稀释槽中，加水进行稀释，再加入脂肪酶，同时，加入改性凹凸棒土，静置20min后进行40Hz超声处理5min，然后混合搅拌20min，得稀释浆液；本步骤所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：300：0.002：10；

[0037] (3)对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌20min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，对上层浆液进行洗涤即可。

[0038] 实施例3

[0039] 一种温和高效的废纸脱墨方法，包括以下步骤：

[0040] (1)将废纸浸入水中，控制水温50℃，同时加入脂肪酶，保持搅拌混合30min，在液体表面均匀撒入改性凹凸棒土，进行碎浆40min，得到废纸浆液；本步骤所述废纸、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：1000：0.02：100；

[0041] (2)将所得废纸浆液加入到稀释槽中，加水进行稀释，再加入脂肪酶，同时，加入改性凹凸棒土，静置20min后进行60Hz超声处理5min，然后混合搅拌20min，得稀释浆液；本步骤所述废纸浆液、水、脂肪酶、改性凹凸棒土之间的重量比为100：500：0.005：20；

[0042] (3)对稀释浆液进行除渣，然后进行剧烈搅拌20min，吸附后的改性凹凸棒土完全沉底，与上层浆液进行分离处理后，对上层浆液进行洗涤即可。

[0043] 实施例4

[0044] 实施例1～3所用改性凹凸棒土的制备方法如下：

[0045] (1)称取凹凸棒土50重量份、水450重量份，将二者混合，然后加入十二烷基硫酸钠3重量份，90Hz超声处理30min，静置沉降，弃上层浑浊液体，将下层进行离心、洗涤后，烘干备用；

[0046] (2)称取硬脂酸表面改性剂1重量份、水8重量份，将二者混合搅拌45min，称取10重量份所得烘干备用的凹凸棒土，溶于100重量份10wt％盐酸中，然后加入所得硬脂酸表面改性剂水溶液1重量份，在60℃条件下搅拌1.5h，冷却至室温后抽滤，用去离子水洗涤后，于85℃条件下真空干燥18h，过筛，使得到粒度2～5mm的改性凹凸棒土。

[0047] 对比例1

[0048] 一种废纸脱墨方法，除步骤(2)超声处理频率为35Hz外，与实施例1基本相同。

[0049] 对比例2

[0050] 一种废纸脱墨方法，除步骤(2)超声处理频率为65Hz外，与实施例1基本相同。

[0051] 对比例3

[0052] 一种废纸脱墨方法，与实施1基本相同，其所用改性凹凸棒土的制备方法中除超声处理频率为75Hz外，与实施例4相同。

[0053] 对比例4

[0054] 一种废纸脱墨方法，与实施1基本相同，其所用改性凹凸棒土的制备方法中除超声处理频率为105Hz外，与实施例4相同。

[0055] 分别将上述具体实施方式所得脱墨浆在标准纸页成型器上抄片(定量为200g/2
m)，测尘埃度、白度及裂断长、撕裂指数、耐破指数。尘埃度采用华南理工大学软件系统Autospec，根据TAPPI标准进行测定；白度根据国家标准GB 8940.1，采用数字白度仪YQ-Z-48B测定，裂断长采用裂断长测试仪ZB-WL100进行测试，抗张指数采用抗张强度测定仪RH-K300进行测试，撕裂指数采用撕裂度仪ZSE-1000进行测试，耐破指数采用耐破度仪RH-P1200进行测试。本发明实施例1～3及对比例1～4方法的处理效果见表1：

[0056] 表1 各处理相关效果对比

[0057]