[发明专利]一种由木质纤维素生物质制备纸浆并联产生物碳的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纸浆的制备工艺，具体地说是一种在过氧化氢的催化作用下，利用甲酸和乙酸组成的有机酸蒸煮木质纤维素生物质原料来制备纸浆的工艺，同时利用造纸黑液生产生物碳的方法。

背景技术

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求。

木质纤维素生物质以植物体的形式存在，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中，纤维素占40%左右，半纤维素占25%左右，木质素占20%左右，地球上每年由光合作用生成的木质纤维素生物质总量超过2000亿吨，因此木质纤维素生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。纤维素是植物细胞壁的主要成分。全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800万吨。纸浆是造纸的基本原料，目前用以制浆原料的植物主要以木材纤维类为主。然而我国木材资源远不能满足日益发展的制浆造纸工业的需要。为了弥补原料的不足，每年要从国外进口相当数量的纸浆。因此扩大纸浆的原料来源，对于社会的可持续发展具有重要的意义。

随着我国的造纸工业近年来发展迅速，与之相应的污染问题也越来越严重，进而纸浆造纸行业成了水污染大户。其中采用草浆造纸的中小型企业占了总数的95%；由于中小型企业资金不足，大量黑液未经或稍经处理便排入水体，造成严重的水污染。因此，解决造纸黑液污染已势在必行

中国专利CN1170031C公开了一种用甲酸和乙酸的混合物作为蒸煮化学剂生产纸浆的方法。该专利在以甲酸蒸煮草本植物和阔叶树生产纸浆时，添加乙酸作为附加的蒸煮化学剂，即可得到含有半纤维素和纤维素的纸浆，并且使用过的蒸煮液蒸馏出甲酸和乙酸的混合酸液进行循环利用。该方法的蒸煮化学剂的再生是用蒸发和蒸馏完成的，得到的混合酸返回用于蒸煮，但并没有提及固形物的处理方法，该文献中固形物中含有大量的木质素和半纤维素及木糖，如果直接丢弃势必造成大量的浪费。

中国专利CN101864683A公开了一种木质纤维原料的预处理方法，该专利将木质素原料与有机酸溶液和催化剂的混合液混合后，进行第一步处理，得到液固混合物并进行固液分离，得到预处理液和纤维素固体；采用有机酸溶液洗涤得到纤维素固体；将得到的预处理黑液与得到的洗涤黑液混合后循环用于第一步处理过程；循环使用至少3次的黑液进行有机酸、木素产品和糖浆溶液回收。将收集的黑液进行闪蒸或蒸发，得到有机酸和浓缩黑液，向黑液中添加2-10倍体积的水得到木素产品和糖浆溶液，从而实现木质纤维原料的高值化利用。但该工艺是采用有机酸与以硫酸为代表的催化剂混合进行第一步催化，反应过程中需要添加硫酸进行催化,使后续黑液中含有大量的硫离子；该工艺的主要目的是提取纤维素，而纸浆中不仅含有纤维素，还需要包含一定量的半纤维素。因此，该工艺并不适用于纸浆的制备。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一条通过合理的参数设置，由木质纤维素生物质制备纸浆的工艺过程。

本发明的另一目的在于提供一种利用木质纤维素生物质制备纸浆的工艺过程产生的黑液联产生物碳的方法。

（1）将生物质原料粉碎后，在过氧化氢的催化作用下，利用由甲酸、乙酸形成的有机酸对所述原料进行蒸煮，控制蒸煮温度90-145℃，固液质量比为1：5-1：20，反应时间30-90min，并将得到的反应液进行第一次固液分离；所述有机酸液中，总酸浓度为60-95%，所述乙酸与甲酸的质量比为19：1-1：1，余量为水；过氧化氢占生物质原料的1-8%；

（2）收集所述第一次固液分离得到的固体，在过氧化氢的催化作用下，采用甲酸、乙酸形成的混合酸液对所述固体进行酸洗，控制酸洗温度20-100℃，固液质量比为1：4-1：10，并将得到的反应液进行第二次固液分离；所述混合酸液中，总酸浓度为60-95%，所述乙酸与甲酸的质量比为19：1-1：1，余量为水；过氧化氢占生物质原料的1-8%；

（3）收集所述第二次固液分离得到的固体，并进行水洗，控制水洗温度为25-90℃，浆浓为1-10%，并将得到的水洗浆进行第三次固液分离；

（4）收集所述第三次固液分离得到的固体并进行筛选得到细浆纤维素，细浆纤维素经漂白得到所需的纸浆；

（5）收集第一次固液分离和第二次固液分离得到的液体进行蒸发，得到的甲酸和乙酸蒸气冷凝后作为蒸煮液回用于步骤（1），蒸发后得到的固体为生物碳；所述蒸发的温度为140-190℃，压力401-901kPa。

所述漂白包括如下步骤：