一種生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法，可有效解決節(jié)能減排，省水，降低生產(chǎn)成本且提高物質(zhì)的使用率問題，方法是，將褐腐菌、魯氏不動桿菌、熒光假單胞菌和Wickerhamomyces?anomalus復(fù)合在一起，加水制成菌群密度為6×107個/mL以上的復(fù)合菌液；將纖維原料切制成長度為3?5cm，先用水潤脹，然后汽蒸疏解，脫水；將汽蒸疏解后的纖維原料置入復(fù)合菌液中降解，撈出，瀝水，蒸汽殺菌，置入化學(xué)液中，疏解成纖維束，超聲波處理成單根纖維，在溫水中浸泡，烘干、滅菌；研磨成纖維素。本發(fā)明專利技術(shù)方法先進(jìn)，科學(xué)，易操作，從根本上解決了生物制纖維素污染難題，節(jié)能減排，省水，降低生產(chǎn)成本，且能提高物質(zhì)的使用率，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及纖維素，特別是一種生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法。
技術(shù)介紹
纖維素是多糖化合物，是人類最寶貴的天然可再生資源。纖維素化學(xué)與工業(yè)始于多年前，是高分子化學(xué)誕生及發(fā)展時期的主要研究對象，纖維素的主要生理作用是吸附大量水分，增加糞便量，促進(jìn)腸蠕動，加快糞便的排泄，使致癌物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時間縮短，對腸道的不良刺激減少，從而可以預(yù)防腸癌發(fā)生。現(xiàn)有技術(shù)中制備纖維素，多通過化學(xué)方法，化學(xué)方法生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢液污染化境，破壞土地，污染空氣，而且耗能高，耗電及用水量大。不符合國家節(jié)能減排政策，物質(zhì)不能達(dá)到有效循環(huán)再利用。化學(xué)制劑無法從廢液中分離出來，有機(jī)物與化學(xué)制劑混合在一起，有機(jī)物也無法得到再利用，造成大量損失。生物制漿是從制漿源頭減少環(huán)境污染，節(jié)約能耗的一項生物技術(shù)。傳統(tǒng)上它包括生物化學(xué)制漿和生物機(jī)械制漿兩方面，生物機(jī)械制漿是指在機(jī)械磨漿前用微生物或酶代替化學(xué)藥品對原料進(jìn)行預(yù)處理，除了減少廢水污染外，還可以降低磨漿能耗，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，而且可以減少樹脂問題，顯著提高紙漿的強(qiáng)度性能。因此，可在制漿之前采用篩選和試驗出的微生物來預(yù)處理原料，使其對原料木質(zhì)素進(jìn)行降解和改性。預(yù)處理原料的主要影響因素是菌種種類、酶用量、pH值、溫度、濃度和原料材種等。在一般化學(xué)反應(yīng)條件下，有機(jī)物大分子在高溫下裂化產(chǎn)生自由基，而在酶的催化作用下，只需要在常溫和中性條件即可使木素大分子結(jié)構(gòu)單元氧化脫氫產(chǎn)生進(jìn)一步裂解或聚合反應(yīng)所需的自由基，使自由基反應(yīng)得以順利進(jìn)行。經(jīng)過生物預(yù)處理之后所制得的漿料與對照樣漿料相比，在相同紙漿卡伯值下，可以節(jié)省化學(xué)藥品的用量或減少蒸煮時間；或在相同制漿條件下，能降低紙漿的卡伯值，節(jié)約下一步漂白工序的化學(xué)藥品用量；同時，都能使抄造紙張的物理性能得到提高。木質(zhì)素在真菌或細(xì)菌的作用過程是生物降解木質(zhì)素的過程，是在常溫、常壓和近中性值條件下進(jìn)行的，降解的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。白腐菌等菌種一般都能產(chǎn)生三類木素酶，即木素過氧化物酶、二價錳過氧化物酶和漆酶，這些酶都能對木素進(jìn)行催化降解。有報道確定漆酶（Laccase）和木素過氧化物酶（Lip）單獨存在都不能很好地降解木素，而兩種酶同時存在時，木素卻能得到很好的降解，表明兩種酶具有協(xié)同作用。白腐菌等菌種降解木素有三個特點：（1）能徹底降解木素生成CO2和水，而細(xì)菌至多將20%的木素碳轉(zhuǎn)化為CO2；（2）木素降解主要是氧化反應(yīng)，產(chǎn)物中不出現(xiàn)木素單體；（3）木素降解本身不提供菌體生長所需的碳源和能源，需要另外提供。采用超聲波處理紙漿纖維主要是通過超聲波的“空化效應(yīng)”和“自由基活化作用”。超聲空化過程中形成的氣泡里不僅含有液體本身產(chǎn)生的蒸汽，而且含有溶解于液體的氣體。聲空化對纖維素有兩種作用：一是空化泡破裂產(chǎn)生的高強(qiáng)微射流形成的高速液體流撞擊纖維細(xì)胞壁，使纖維表面受到機(jī)械撞擊和微剪切力，使纖維表面變得起毛、粗糙，暴露出更多的親水基團(tuán)，發(fā)生細(xì)纖維化并起到了輕微打漿的作用；另一是空化泡崩潰產(chǎn)生的高壓或高壓釋放產(chǎn)生的沖擊波或脈動空泡界面上的剪切應(yīng)力或機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生的交變壓力變化作用于纖維表面時，必在纖維的原始缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變集中，使纖維細(xì)胞壁的初生壁及次生壁外層出現(xiàn)裂紋、細(xì)胞壁發(fā)生變形和位移及脫除、有更多的次生壁中層暴露出來，纖維表面因而變得粗糙，增加了纖維間的摩擦阻力。其結(jié)果是導(dǎo)致纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、聚合度及其分布發(fā)生變化。繼續(xù)增加超聲波作用時間，纖維發(fā)生疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展，導(dǎo)致微晶位錯，比表面積增加，結(jié)晶度下降，無定形區(qū)增大，導(dǎo)致部分纖維斷裂，從而纖維平均長度下降。同時在超聲波作用下，漂液對纖維素的潤脹作用大大加強(qiáng)，縮短藥液滲透時間，可斷開纖維素分子鏈間的氫鍵，打開微孔結(jié)構(gòu)，大大增加纖維素的內(nèi)表面積，提高其對漂液的可及度和化學(xué)反應(yīng)活性。超聲波處理對提高纖維素的保水值有顯著效果，纖維潤脹程度相對加大，潤脹后纖維變得相當(dāng)柔軟可塑，外表面積增大，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松弛，分子間內(nèi)聚力下降，有利于細(xì)纖維化的進(jìn)行。而未去掉初生壁的纖維顯得光滑、挺硬、不易吸水潤脹。現(xiàn)有從植物原料中制備纖維素，多通過化學(xué)方法。但是化學(xué)方法生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢液污染化境，破壞土地，污染空氣，而且能耗高，電耗及用水量也大。不符合國家節(jié)能減排政策，并且物質(zhì)不能達(dá)到有效循環(huán)再利用，廢液中的有機(jī)物與化學(xué)藥品混合在一起，有機(jī)物無法得到再利用，造成大量損失。重要設(shè)備依靠進(jìn)口，投資費(fèi)用和易損配件維修費(fèi)用高。但存在木質(zhì)素降解不完全，污染嚴(yán)重，廢水產(chǎn)生量為18～19m3每噸漿，廢水COD為1300～1500。固體廢棄物產(chǎn)生量為300～400kg/噸漿。因此，有必要開發(fā)生物制纖維素技術(shù)，從根本上解決上述污染難題，節(jié)能減排，省水，降低生產(chǎn)成本且提高物質(zhì)的使用率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本專利技術(shù)之目的就是提供一種生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法，可有效解決節(jié)能減排，省水，降低生產(chǎn)成本且提高物質(zhì)的使用率問題。本專利技術(shù)解決的技術(shù)方案是，包括以下步驟：（1）、制備復(fù)合菌液：將褐腐菌、魯氏不動桿菌、熒光假單胞菌和Wickerhamomycesanomalus以質(zhì)量比（1～2）︰（1～3）︰（1～3）︰（2～3）復(fù)合在一起，加水制成菌群密度為6×107個/mL以上的復(fù)合菌液；（2）、水選潤脹汽蒸纖維原料：所述的纖維原料為木材或草本植物，將纖維原料切制成長度為3-5cm，先用水潤脹，然后汽蒸原料，進(jìn)行疏解，汽蒸時間為10-30min，將汽蒸疏解后的纖維原料進(jìn)行脫水；（3）、生物降解：將汽蒸疏解后的纖維原料置入復(fù)合菌液中，對原料進(jìn)行降解，汽蒸疏解后的纖維原料與復(fù)合菌液的重量比為1︰6-8，在30-40℃下降解30-42h；（4）、蒸汽殺菌：將纖維原料從復(fù)合菌液中撈出，瀝水，用蒸汽殺菌，殺菌時間10-30min；（5）、制纖維束：將蒸汽殺菌后的纖維原料置入化學(xué)液中，疏解成纖維束；所述的化學(xué)液是由重量百分比計的：KOH2.0～4.0%、H2O22.0～6.0%、Na2SiO31.5～4.0%、DTPA（二乙基三胺五乙酸）0.1～0.5%和余量為水制成；（6）、制漿：將步驟（5）疏解成的纖維束進(jìn)行超聲波處理成單根纖維，超聲波處理時間30-60min，功率為100-300kw，頻率為15-30khz，制成單根纖維質(zhì)量濃度為10%的紙漿；（7）、紙漿篩選凈化：將紙漿進(jìn)行洗滌，篩選、過濾，濾出紙漿中未成單根纖維的纖維束，再次超聲波處理成單根纖維；（8）、將篩選過濾出的紙漿在溫水中浸泡，其中溫水的溫度為80℃，浸泡時間為30mins，然后烘干3h、滅菌30mins；（9）研磨：將烘干、滅菌后的單根纖維研磨成纖維素。本專利技術(shù)方法先進(jìn)，科學(xué)，易操作，從根本上解決了生物制纖維素污染難題，節(jié)能減排，省水，降低生產(chǎn)成本，且能提高物質(zhì)的使用率，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的工藝流程圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)的具體實施方式作詳細(xì)說明。實施例1由圖1所示，本專利技術(shù)方法在具體實施中，包括以下步驟：（1）、菌液的復(fù)配；將多個菌種按照下述質(zhì)量比配置成復(fù)合菌群水溶液，即為菌液；各菌種的配比是：褐腐菌：魯氏不動桿菌：熒光假單胞菌：Wickerhamomycesanomalus為（1～2）:（1～3）:（1-3）：本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）、制備復(fù)合菌液：將褐腐菌、魯氏不動桿菌、熒光假單胞菌和Wickerhamomyces?anomalus以質(zhì)量比（1～2）︰（1～3）︰（1～3）︰（2～3）復(fù)合在一起，加水制成菌群密度為6×107個/mL以上的復(fù)合菌液；（2）、水選潤脹汽蒸纖維原料：所述的纖維原料為木材或草本植物，將纖維原料切制成長度為3?5cm，先用水潤脹，然后汽蒸原料，進(jìn)行疏解，汽蒸時間為10?30min，將汽蒸疏解后的纖維原料進(jìn)行脫水；（3）、生物降解：將汽蒸疏解后的纖維原料置入復(fù)合菌液中，對原料進(jìn)行降解，汽蒸疏解后的纖維原料與復(fù)合菌液的重量比為1︰（6?8），在30?40℃下降解30?42h；（4）、蒸汽殺菌：將纖維原料從復(fù)合菌液中撈出，瀝水，用蒸汽殺菌，殺菌時間10?30min；（5）、制纖維束：將蒸汽殺菌后的纖維原料置入化學(xué)液中，疏解成纖維束；所述的化學(xué)液是由重量百分比計的：KOH?2.0～4.0%、H2O2?2.0～6.0%、Na2SiO3?1.5～4.0%、DTPA?0.1～0.5%和余量為水制成；（6）、制漿：將步驟（5）疏解成的纖維束進(jìn)行超聲波處理成單根纖維，超聲波處理時間30?60min，功率為100?300kw，頻率為15?30khz，使紙漿的質(zhì)量濃度為10%；（7）、紙漿篩選凈化：將紙漿進(jìn)行洗滌，篩選、過濾，濾出紙漿中未成單根纖維的纖維束，再次超聲波處理成單根纖維；（8）、將篩選過濾出的紙漿在溫水中浸泡，其中溫水的溫度為80℃，浸泡時間為30mins，然后烘干3h、滅菌30mins；（9）研磨：將烘干、滅菌后的單根纖維研磨成纖維素。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）、制備復(fù)合菌液：將褐腐菌、魯氏不動桿菌、熒光假單胞菌和Wickerhamomycesanomalus以質(zhì)量比（1～2）︰（1～3）︰（1～3）︰（2～3）復(fù)合在一起，加水制成菌群密度為6×107個/mL以上的復(fù)合菌液；（2）、水選潤脹汽蒸纖維原料：所述的纖維原料為木材或草本植物，將纖維原料切制成長度為3-5cm，先用水潤脹，然后汽蒸原料，進(jìn)行疏解，汽蒸時間為10-30min，將汽蒸疏解后的纖維原料進(jìn)行脫水；（3）、生物降解：將汽蒸疏解后的纖維原料置入復(fù)合菌液中，對原料進(jìn)行降解，汽蒸疏解后的纖維原料與復(fù)合菌液的重量比為1︰（6-8），在30-40℃下降解30-42h；（4）、蒸汽殺菌：將纖維原料從復(fù)合菌液中撈出，瀝水，用蒸汽殺菌，殺菌時間10-30min；（5）、制纖維束：將蒸汽殺菌后的纖維原料置入化學(xué)液中，疏解成纖維束；所述的化學(xué)液是由重量百分比計的：KOH2.0～4.0%、H2O22.0～6.0%、Na2SiO31.5～4.0%、DTPA0.1～0.5%和余量為水制成；（6）、制漿：將步驟（5）疏解成的纖維束進(jìn)行超聲波處理成單根纖維，超聲波處理時間30-60min，功率為100-300kw，頻率為15-30khz，使紙漿的質(zhì)量濃度為10%；（7）、紙漿篩選凈化：將紙漿進(jìn)行洗滌，篩選、過濾，濾出紙漿中未成單根纖維的纖維束，再次超聲波處理成單根纖維；（8）、將篩選過濾出的紙漿在溫水中浸泡，其中溫水的溫度為80℃，浸泡時間為30mins，然后烘干3h、滅菌30mins；（9）研磨：將烘干、滅菌后的單根纖維研磨成纖維素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物超聲波生產(chǎn)添加劑用纖維素的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）、菌液的復(fù)配；將多個菌種按照下述質(zhì)量比配置成復(fù)合菌群水溶液，即為菌液；各菌種的配比是：褐腐菌：魯氏不動桿菌：熒光假單胞菌：Wickerhamomycesanomalus為（1～2）:（1～3）:（1-3）：（2～3）；（2）、水洗潤脹及汽蒸木片或草本原料；木片或草本原料經(jīng)過水洗潤脹后進(jìn)入汽蒸倉里，在汽蒸倉里進(jìn)行軟化處理10～20mins，木片或草本原料軟化后進(jìn)入斜螺旋脫水機(jī)進(jìn)行脫水；（3）、生物降解；將疏解后的原料輸送到配置好的復(fù)合菌液倉里，讓復(fù)合細(xì)菌群開始對原料的木質(zhì)素進(jìn)行降解，疏解后的原料與復(fù)合菌液的質(zhì)量比為1：（6～8）；復(fù)合菌液的細(xì)菌密度為6×107個/mL以上；生物降解溫度保持在35～40℃，時間為30～42小時；（4）、蒸汽殺菌；將上述生物降解后的原料從復(fù)合菌液中撈出、瀝水，并經(jīng)過運(yùn)輸存儲倉，在運(yùn)輸存儲倉里通入水蒸汽滅菌；原料經(jīng)過運(yùn)輸存儲倉的時間為10～30分鐘，即常壓水蒸汽滅菌時間；（5）、進(jìn)入雙螺旋擠壓疏解機(jī)，使木片或草本原料成纖維束；木片或草本原料進(jìn)入雙螺旋擠壓疏解機(jī)，把木片或草本原料疏...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉潔，賀文明，
申請(專利權(quán))人：北京中科奧倍超聲波技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11