桉木用木素降解霉菌的生物制浆
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生物技术在制浆造纸工业的应用与研究进展摘要:近年来随着生物技术研究的进步,其在造纸工业中的应用变得越来越广泛,尤其是在原料日益短缺、能源供应紧张、环境污染严重的今天,生物技术逐渐显示出在制浆造纸方面应用的优越性,成为推动造纸工业实现可持续发展的动力之一。
生物技术在制浆造纸工业中的应用涉及到制浆、造纸、漂白、脱墨、废水处理等很多方面,本文就生物技术在制浆造纸领域中的应用及研究进展做一综述。
关键词:生物技术;生物制聚;生物漂白引言随着工业生产的不断发展,不可再生资源逐渐面临枯竭,人类对大自然的无节制索取,导致生态环境遭到严重破坏,一系列环境问题由此产生。
制浆造纸工业同样面临这些问题,阻碍了其可持续发展,所以必须对制浆造纸技术进行合理性改革。
生物技术的使用,可以使传统的制浆造纸企业减少能源消耗、降低废水排放,主要应用方式有造纸原料生物处理、生物制浆、生物漂白、生物酶废纸脱墨、制浆造纸废水生物处理等。
1生物造纸原料近年发现一些细菌能产生纤维素,为了把这种微生物来源的纤维素与植物纤维素区别,把这种纤维素称为“微生物纤维素”或“细菌纤维素”。
与植物来源的纤维素相比,细菌纤维素最突出的优点:一是纤维素极纯而不含半纤维素、木素和其他细胞壁成分,提纯过程简单;二是具有优越的物理性能和机械性能;三是由于其内部有很多“孔道”,又有良好的透水、透气性能。
具有很强的亲水性。
四是细菌纤维素的弹性模数为一般纤维的数倍至10倍以上,抗拉强度高。
用细菌纤维素作为造纸原料,因其极高的纤维素纯度,免去了一般植物纤维脱木素的制浆过程。
细菌纤维素添加到纸浆中,可提高强度和耐用性,并解决了废纸回收再利用后纸纤维强度下降的问题。
造纸原料问题是全世界造纸产业面临的共同难题,利用微生物开发造纸新材料在我国还是空白,将其广泛应用于造纸工业将会是非常有意义的工作。
2生物制浆生物法制浆就是利用微生物及其产生的酶来降解木素,脱除制浆原料中的木素并对纸浆进行漂白,它包括生物化学制浆和生物机械制浆。
桉木KP浆以木聚糖酶和木素酶辅助漂白比较
陈嘉翔;王伟
【期刊名称】《中国造纸》
【年(卷),期】1997(016)006
【总页数】2页(P53-54)
【作者】陈嘉翔;王伟
【作者单位】华南理工大学;华南理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TS745
【相关文献】
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设计年产20万吨桉木漂白制浆造纸厂毕业论文目录摘要......................................... 错误!未定义书签。
ABSTRACT ......................................... 错误!未定义书签。
目录 (I)引言 (1)第一章总论 (2)1.1 设计依据 (2)1.2 设计范围 (2)1.3 指导思想 (2)1.4 厂址选择及论证 (2)1.4.1 地理位置 (2)1.4.2 气候条件 (3)1.4.3 原料及能源来源 (3)1.4.4 交通运输 (3)1.4.5水源 (3)1.4.6电源 (4)第二章生产流程及生产方案的确定 (5)2.1原料备料及要求 (5)2.2蒸煮方法说明 (5)2.3洗涤方法说明 (6)2.4 生产流程说明 (8)2.4.1 备料工段 (8)2.4.2 蒸煮工段流程 (8)2.4.3洗涤筛选净化工段 (8)2.4.4漂白工段说明 (9)第三章工艺计算 (10)3.2浆水平衡计算.............................. 错误!未定义书签。
3.4漂白过程的热量平衡计算 (42)第四章设备及泵的选择 (48)4.1 设备平衡的原则 (48)4.2 设备台数的确定方法 (48)4.3 机械设备及反应塔选型 (50)4.4 洗选漂段非定型池、槽、罐容积的选择 (56)4.5泵及风机的选择 (60)第五章车间平面布置图说明 (74)第六章车间自动控制说明 (75)6.1蒸煮自动控制 (75)6.2洗涤自动控制 (75)6.3净化筛选自动控制 (75)6.4漂白自动控制 (75)第七章环保及节能措施 (76)第八章安全防火措施说明 (77)8.1 安全技术说明 (77)8.2 防火措施 (77)8.3 安全措施 (77)参考文献 (78)致谢............................................. 错误!未定义书签。
速生桉木硫酸盐法制浆目标卡伯值的确定罗小林1 詹怀宇1柴欣生1 , 2付时雨1( 11华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室, 广东广州, 510640;21佐治亚理工大学造纸科学与技术研究院, 美国亚特兰大, G A30332 )摘要: 研究了不同条件下速生桉木硫酸盐法蒸煮的浆料得率、不含木素的浆料得率、黏度及有效碱的消耗与卡伯值的关系。
结果表明, 速生桉木硫酸盐法蒸煮的特征卡伯值为15 ~16 (即转折点处的卡伯值) 。
随着蒸煮的进行, 当浆料卡伯值低于该特征值时, 浆料的得率、黏度都明显降低, 同时碱耗也增加。
以特征卡伯值为速生桉木硫酸盐法蒸煮控制的目标卡伯值时浆料的得率为4815 %左右。
关键词: 速生桉木; 硫酸盐法蒸煮; 得率; 特征卡伯值; 转折点作者简介: 罗小林先生, 在读博士研究生; 主要研究方向:制浆化学与生物化学。
中图分类号: TS743 +11 文献标识码: A文章编号: 0254 2508X ( 2009 ) 04 20031 203 The Ta r ge t Ka ppa Num ber of the Pu l p i n Kra f t Pu l p i n g of Euca lyp tu sLUO X i ao2li n1 , 3ZHAN H u a i2yu1CHA I X i n2sheng1 , 2F U Sh i2yu1( 1. S ta te Key L ab of Pu l p and Paper Eng i neering, S o u th Ch ina U n i versity of Techno l o gy, Guangzhou, Guangdong P r ovince, 510640; 2. Institu te of Paper S cience and Techno logy, Geor g i a Institu t e of Technology, A tlan ta, G A 30332, U S A )( 3 E2m a i l: lu oxiao l in128 @ yahoo1co m1cn)A b strac t: Th is p ap e r stud ied the re la tion sh i p s be tween the yie ld, lig n in2free y ie ld, visco sity of the p u l p , con su mp ti o n of effec t i v e a l k a l i i n the cook i ng liqu o r and kapp a nu m b e r of the p u l p du r ing k r aft p u l p ing of euca l yp tu s. The re s u l ts ind i ca t ed tha t the kapp a nu m b e r of 15 —16 is the cha rac t e ristic kapp a nu m be r of the p u l p in k raft p u lp ing of euca lyp tu s, in wh ich an idea l p u lp yie ld of 48. 5 % is ex p ec t ed. The yi e l d and visco sity of the p u l p and re sidua l effec tive a lka li dec rea se sig n if ican tly when the kapp a nu m be r of the p u lp d rop s be l o w the v a l u e of the cha rac te ristic kapp a nu m be r ( the tu rn ing po in t) . The refo re, the ta rg e t kapp a nu m be r of the p u lp in the euca lyp tu s k raft p u l p i n g s h ou l d n o t be l o we r than th i s tu r n i ng po i n t.Key wo r d s: euca lyp tu s; k r aft p u l p ing; yie l d; cha r ac t e r istic kapp a nu m b e r; tu r n i ng po i n t卡伯值通常用来表征浆料中的残余木素含量, 它是控制化学法制浆蒸煮终点的一个主要依据。
APMP法制浆过程中桉木的化学成分的变化Ξ谢益民 伍 红 赖燕明 顾丽娟 韦 祁(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室 广州510641)摘要 本文针对桉木的化学特性,用化学分析和光谱分析相结合的手段,对APMP(碱性过氧化氢机械浆)制浆过程中桉木的化学组成(木素、多酚类物质、纤维素等)的含量及结构进行了系统性分析,结果表明:我国华南地区出产的桉木含有较多的多酚类化合物(K ino),但是大部分的多酚类化合物可以通过汽蒸—挤压预处理和碱性过氧化氢处理来除去,成为化机浆废水的成分而排出,只有极少部分残留在纸浆中,从而避免多酚类化合物在高温下发生缩合、沉积在纤维表面而发生树脂障碍。
APMP法制浆对于半纤维素和纤维素的影响比较小,对木素的作用也只是改变其化学结构。
APMP法制浆废液成分中有多酚类物质、木素和碳水化合物的降解产物等。
关键词:APMP浆 桉木 多酚类化合物 木素 红外光谱前 言 AMPM法是九十年代初美国SPROU T—BAU ER公司开发的专利技术,其主要原理是在磨浆前用高压缩比螺旋进行挤压处理,强化药液浸透,然后即加入H2O2和NaOH等化学药品进行漂白反应,从而省却了在磨浆后再进行漂白的一系列设备,是集化学处理及机械处理于一体的目前最先进的高得率浆的制浆方法之一。
APMP法具有动力消耗低、浆料白度高、纸浆纤维长、环境污染少、投资省、占地面积小等多种优点,尤其适用于阔叶木制浆[1]。
我国是世界上桉木的主要生产国之一,主要分布在广东、广西和海南岛,国内外对桉木制浆的研究主要集中在硫酸盐法和烧碱蒽醌法的制浆工艺方面。
然而,桉木中含有较多的多酚类化合物在高温的碱性溶液中易发生缩合及脱羧反应而沉积在纤维表面,影响纸浆的可漂性和印刷适应性,从而在硫酸盐法蒸煮过程中发生树脂障碍[2]。
但是这些物质易溶于温度较低的碱性溶液中,而且在低于120℃左右的碱性溶液中会发生分解[3]。
因此采用APMP法制浆,可以有效地减少碱液消耗,解决多酚类等物质的障碍,制造高得率、高白度的桉木浆。
桉木用木素降解霉菌的生物制浆劳嘉葆(西北轻工业学院,陕西咸阳 712081) 摘 要:介绍了用木素降解霉菌对桉木片预处理及对硫酸盐制浆的影响,这些霉菌可用于桉木生物硫酸盐制浆。
生物浆的质量比参比浆的质量优良(白度高、强度好及漂白性得到改善),漂白生物浆易于打浆。
关键词:霉菌;预处理;生物浆中图分类号:TS727.1 文献标识码:A 文章编号:1007-2225(2003)03-0039-04Biokraft Pulping of Eucalyptus with Lignin-degrading FungiLAO Jia-bao(Northwest Institute o f Light Industry,Xianyang712081,China)Abstract:Pretreatment of eucalyptus w ood chips with lignin-degrading fungi and its effect on kraft pulp2 ing was introduced,the fungus to be suitable for biokraft pulping of eucalyptus.The quality of the resul2 tant biopulps was better than of the control(higher brightness,better strength and im proved bleachbility). The bleached biopulps were easier to refine.K ey w ords:fungi;pretreatment;biopulp1 前言环境压力已经猛烈地冲击造纸工业,而应对这种压力应做的事是增加废纸利用率、减少氯的使用、保护森林资源、改善空气质量和加强对液体及固体废弃物的管理。
解决这类问题的可能的措施是在制浆造纸工业中采用生物技术。
当漂白时为控制机械浆中的树脂含量以改善二次纤维的排水性质、在处理废纸时作为脱墨剂所用氯的量减少等方面,酶的应用效果很好。
霉菌(fungi)已用于除去木片中的树脂来控制不希望有的有机物的生长,木片在机械制浆前预处理的生物制浆显示出良好的经济效益和环境效益。
通过使用适当的木素降解霉菌,在机械制浆中至少能节约30%的电能和改善纸的性能。
已有资料报道:当松木用木素降解霉菌处理后,在工厂条件下可使纸浆卡伯值降低18%,但得率、粘度降低和碱耗较高;还有资料报道:杨木木片用木素降解霉菌预处理,20天和30天后卡伯值分别降低3%和9%,在30天以后能观察到打浆时间明显地减少,而在相同时期内保水值(WRV)从102%增加到137%,浆中细料也增多。
30天以后,抗张强度增加21%,而撕裂指数则下降。
用红栎木得到和杨木类似的结果。
目前,世界上大约75%的纸浆是用硫酸盐法生产的,这种纸浆制的纸具有很高强度,然而得率低和有其它一些众所周知的缺点。
霉菌预处理引起细胞壁结构的润胀和松散,从而增加了木片的多孔性,霉菌能除去或改性木材细胞壁中的木素,使其在硫酸盐制浆时更易于被除去。
本文介绍一种有关桉木生物硫酸盐制浆的方法(PCT专利)。
收稿日期:2003-02-102 实验部分木片采用印度Haryana大纸厂的桉木片,w (水)为10%~12%。
蒸煮条件:w(活性碱)= 17%(以Na2O计),22%硫化度,液比1∶3,用90min 升温到165℃,在165℃保温90min。
煮后纸浆用CEH D四段漂白顺序漂白,实际上印度和一些其它国家最常用的是CEHH漂白顺序,印度只有4~5个纸厂在漂白中用D作为最后一段。
在卡伯因子0.20下用氯处理,温度30℃、w (浆)=3%、时间45min。
纸浆用水洗和w(NaOH) =10%(pH值=11.2~11.5)的溶液抽提,温度65℃、时间120min。
次氯酸盐处理是在40℃、w (浆)=10%和150min条件下进行;二氧化氯处理是75℃、w(浆)=10%和时间180min。
漂白浆打浆到30~35°SR。
所有木素降解霉菌为人工培养,大部分生物制浆作用在两周内完成,用不同霉菌处理的木片质量损失为2%~4%。
2.1 用Ceriporiop sis Subvermispora L-14807-SS-3处理对木片的纤维素、木素和抽提物含量的影响霉菌选择性地降解木素,而纤维素和半纤维素的相对量增加,霉菌处理两周内w(木素)从28%减少到27%(见表1),树脂含量也降低,晾干的和新鲜的木片树脂含量减少量分别为17%和38%(见表2)。
表1用C.Subvermispora L-14807-SS-3霉菌处理对桉木片的纤维素、半纤维素和木素含量的影响试 样w(纤维素)/%w(半纤维素)/%w(木素)/%w(全纤维素)/%参比的样品41.120.828.068.6霉菌处理的样品43.022.227.069.8注:表中数据为3次测定的平均值。
表2用C.Subvermispora L-14807-SS-3霉菌处理对新鲜的和晾干的桉木片总抽提物含量的影响木片种类总树脂/%树脂减少量/%晾干的桉木霉菌处理的晾干桉木2.081.7217.3新鲜桉木霉菌处理的新鲜桉木3.011.8538.52.2 在活性碱用量相同下用C.Subvermispora L -14807-SS-3的桉木生物硫酸盐制浆在活性碱用量相同下,霉菌处理过的木片和参比木片蒸煮结果相比,未漂生物浆的白度和强度性能都更好些。
生物浆的未漂得率降低,而生物浆的高锰酸钾值不降低,生物浆的木素含量比参比浆的稍高些,生物浆的未漂浆白度高2%。
见表3。
表3 在活性碱用量相同下,用C.SubvermisporaL-14807-SS-3处理的桉木生物硫酸盐制浆的性质参数3样品高锰酸钾值w(木素)/%未漂白度/%IS O未漂浆得率/%最后白度/%IS O漂白化学品消耗/(kg/t浆)元素氯氢氧化钠次氯酸盐二氧化氯处理的3314.5 1.5529.145.887.240.018.812.3 6.0参比的14.4 1.3327.046.185.240.018.812.3 6.0注:3霉菌处理木片和参比木片的硫酸盐蒸煮条件:w=17%活性碱(以Na2O计),22.9%硫化度,液比1∶3,90min升至165℃,在165℃保温90min;33霉菌处理两周,培菌液5g/t木片(干重基),在霉菌处理时不加谷物浸液。
表4 在活性碱用量相同,用C.SubvermisporaL-14807-SS-3处理的桉木生物硫酸盐制浆的纸浆的强度性能参数样品打浆度/°SR打浆时间/min抗张指数/(Nm/g)裂断长/m耐破指数/(kn/g)撕裂指数/(mN・m2/g)双折次未漂的参比的处理的17.018.0——42.248.0430048901.932.625.665.48610漂白的参比的处理的35.035.030.020.075.582.3770083904.595.146.927.20102112注:3霉菌处理木片和参比木片的硫酸盐蒸煮条件:w=17%活性碱(以Na2O计),22.9%硫化度,液比1∶3,90min升至165℃,在165℃保温90min;33霉菌处理两周,培菌液5g/t木片(干重基),在霉菌处理时不加谷物浸液。
未漂生物浆的抗张指数和裂断长增高12%,耐破指数和双折次分别增加36%和67%,未漂生物浆的得率轻微降低。
生物浆的漂白反应性比参比浆的好,用CEH D顺序漂白的生物浆最后白度高2%。
漂白生物浆比参比浆易于打浆,打浆时间减少33%,漂白生物浆的强度性质比参比浆的高些,见表3、表4。
2.3 降低活性碱用量,桉木用C.Subvermispora L-14807-SS-3的生物硫酸盐制浆用霉菌处理过的木片,即使在减少活性碱用量(即用w=14%活性碱)下蒸煮,生物未漂浆的白度比用w=17%活性碱用量蒸煮木片的参比浆还高。
生物浆(用w=14%活性碱)的强度性质大大地高于参比浆(用w=17%活性碱)及漂白性大大地好于参比浆。
当在相同的总化学品用量及相同条件下漂白时,生物浆的最后白度(用CEH D四段漂白顺序)高1%。
同时,漂白生物浆比参比浆易于精磨,打浆时间减少20%。
漂白生物浆大部分强度性质比参比浆的好些。
由于高锰酸钾值较高,为达到相同白度时,w =14%活性碱的参比浆比w=17%活性碱的参比浆需要更多的氯。
w=14%活性碱参比浆的未漂得率和强度性质比w=17%活性碱参比浆的高些,因为在活性碱用量低时碳水化合物降解少。
见表5、表6。
表5 减少活性碱用量,桉木用C.Subvermispora的生物制浆,纸浆性质参数w(活性碱)/%高锰酸钾值木素/%未漂白度/%IS O未漂浆得率/%最后白度/%IS O漂白化学品消耗/(kg/t浆)元素氯氢氧化钠次氯酸盐二氧化氯参比的171413.516.31.55—27.325.945.747.287.087.637.546.119.118.913.512.86.06.0处理的1415.9 1.5728.345.589.146.118.912.8 6.0注:1.桉木用C.Subvermispora L-14807-SS-3处理两周,培菌液5g/t木片(干基重),不加谷物浸液;2.霉菌处理木片在w=14%活性碱蒸煮,参比木片在w=17%和w=14%活性碱蒸煮。
其它蒸煮条件:22.9%硫化度,液比1∶3,90min升至165℃,保温90min。
表6 减少活性碱用量,桉木用C.Subvermispora的生物制浆强度性质参数样 品w (活性碱)/%耐破指数/(kN/g)撕裂指数/(mN・m2/g)双折次打浆度/°SR打浆时间/min抗张指数/N・m/g裂断长/m未漂的 参比的17141.381.625.455.775816.517.0——33.734.134003480 处理的14 1.89 6.811017.5—40.84160漂白的 参比的 处理的17144.304.857.687.88588035.035.029.022.566.372.367607360注:1.桉木用C.Subvermispora L-14807-SS-3处理两周,培菌液5g/t木片(干基重),不加谷物浸液;2.霉菌处理木片在w=14%活性碱蒸煮,参比木片在w=17%和w=14%活性碱蒸煮。
其它蒸煮条件:22.9%硫化度,液比1∶3,90min升至165℃,保温90min。
2.4 在减少蒸煮时间下桉木用C.Subvermispo2 ra生物制浆在总蒸煮时间减少16.6%、25.0%和33.3%的情况下,升到最高温度的时间固定在90min,保温时间分别为60min、45min和30min,这使得H-因子分别减少25.1%、46.7%和51.0%,参比浆的H-因子为1186。