一种从废纸中提取半纤维素的方法与流程

1.本发明涉及资源再生利用技术领域，尤其涉及一种从废纸中提取半纤维素的方法。


背景技术：

2.废纸为纸使用后回收再次可利用的部分，废纸资源较为丰富，也需要进行处理，价格较纸浆更为低廉、易得。国内纸浆产量有限，有较大的缺口，需要进口及回收大量的废纸以生产包装纸、文化纸，废纸制浆也是国内近年来主流的制浆方法之一，其处理量占到总纸浆量的50％以上。废纸中含有较多的半纤维素，废纸产量大，除回用于造纸外还需开发其它高效的利用途径。
3.半纤维素作为木材中三素之一，在废纸中含量较高。半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50％，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。纯净的半纤维素呈淡黄色，有较好的亲水性，比纤维素更易吸水润涨。此外，半纤维素结构中含有多种五碳糖，容易发生化学反应而改性，可进行酯化、醚化等反应。可作为多种化工产品的生产原料，例如以半纤维素作为原料生产酒精一直是国内外的研究热点。
4.目前国内多家制浆造纸企业采用化学法制浆工艺，每年生产大量的废纸，而其中的半纤维并没有得到重视。太阳纸业、骏泰纸业、青山纸业都有数十万吨级的废纸制浆能力，其中的半纤维素几乎没有得到利用。国内外有不少关于半纤维素提取的研究，但原料大多为玉米秸秆、毛竹、稻草等，半纤维素提取率低，单位成本高，三废产生量大。
5.因而，本领域亟待开发一种从废纸中提取半纤维素的工艺方法，实现对废纸中半纤维素的高效利用，实现对资源的高值化利用。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种从废纸中提取半纤维素的方法。
7.本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：
8.一种从废纸中提取半纤维素的方法，具体包括以下步骤：
9.步骤1)在温度30℃-60℃下，将废纸采用水力碎浆机分散打成废纸浆，浆浓3％-6％，过滤除去非纸浆杂质；
10.步骤2)在温度40℃-80℃下，将步骤1)中过滤后的废纸浆经5％-20％的氢氧化钠溶液浸渍0.5h-4h后得到物料a；
11.步骤3)将物料a经固液分离处理，得到浸渍后废纸和浸渍液，收集浸渍液为物料b，物料b的半纤维素含量为10g/l-20g/l；
12.步骤4)物料b用滤袋进行预处理后再经纳滤膜处理，得到浓缩液和滤液，滤液为氢
氧化钠溶液回收再利用，收集浓缩液为物料c，物料c的半纤维素含量为50g/l-70g/l，所述滤袋的孔径为5μm-20μm，所述纳滤膜的截留分子量为300-3000，所述纳滤膜处理的温度为40℃-70℃，所述纳滤膜处理的进膜压力为10bar-30bar；
13.步骤5)物料c加酸得到的析出物为物料d，物料d的ph值为2-7；
14.步骤6)物料d经陶瓷膜处理，得浓缩液和滤液，加纯水透析后收集浓缩液为物料e，物料e的半纤维素含量为120g/l-200g/l，所述陶瓷膜的截留分子量为10000-40000，所述陶瓷膜处理的温度为60℃-90℃，所述陶瓷膜的进膜压力为3bar-9bar，所述加水透析的加水量为物料总量的2-7倍；
15.步骤7)物料e经过干燥得到半纤维素干粉。
16.进一步的，步骤1)中的温度为40℃-60℃，所述废纸为国废或美废中的一种或多种。
17.进一步的，步骤2)中的温度为50℃-70℃，所述氢氧化钠溶液的浓度为8％-15％，所述浸渍时间为1h-3h。
18.进一步的，步骤3)中所述固液分离处理采用自动排渣离心机，所述自动排渣离心机的滤布孔径为200目-700目，优选的为300目-500目。
19.进一步的，步骤4)中所述滤袋的孔径为5μm-15μm，所述纳滤膜的截留分子量为500-2000，所述纳滤膜处理的温度为50℃-70℃，所述纳滤膜处理的进膜压力为15bar-25bar。
20.进一步的，步骤5)中所述酸为浓硫酸；所述物料d的ph为3-6。
21.进一步的，步骤6)中所述陶瓷膜的截留分子量为15000-30000，所述陶瓷膜处理的温度为65℃-75℃，所述陶瓷膜的进膜压力为5bar-8bar，所述加水透析的加水量为物料总量的3-6倍。
22.进一步的，步骤7)中，物料e采用喷雾干燥器进行干燥，所述喷雾干燥器进行所述干燥处理时，进风温度为240℃-300℃，优选地为260℃-300℃。
23.进一步的，步骤7)中，物料e采用离心式喷雾干燥器进行干燥，所述离心式喷雾干燥器进行所述干燥处理时，出风温度为80℃-120℃，优选地为95℃-115℃。
24.本发明的另一个目的是上述任意一种从废纸中提取半纤维素的方法制备得到的半纤维素。
25.本发明的突出效果为：
26.本发明的一种从废纸中提取半纤维素的方法，采用广泛易得的废纸作为原料，其中半纤维素含量较高，具有普遍代表性，有利于后续推广；经过提取半纤维素后的废纸浆无需经过特殊处理可直接进入下游，减少了固体废物的产生，浸渍过程中的碱液也可在系统中循环利用，大幅降低了提取过程中的废液产生量；且废纸在经过简单预处理工艺后不需再经过其它处理，可直接进行浸渍，简化了工艺流程，提高了资源利用率，减少了环境污染，降低了提取成本，具有效率高、成本低，无三废产生，对环境的影响小等优点。同时，制得的半纤维素产品用途较广，具有一定的推广性。
27.以下便结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
具体实施方式
28.下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
29.实施例1
30.本实施例的一种从废纸中提取半纤维素的方法，包括以下步骤：
31.步骤1)在温度30℃下，将废纸采用水力碎浆机分散打成废纸浆，浆浓3％，过滤除去非纸浆杂质；废纸为国废；
32.步骤2)在温度40℃下，将步骤1)中过滤后的废纸浆经5％的氢氧化钠溶液浸渍0.5h后得到物料a；
33.步骤3)将物料a经固液分离处理，固液分离处理采用自动排渣离心机，自动排渣离心机的滤布孔径为200目，得到浸渍后废纸和浸渍液，收集浸渍液为物料b，物料b的半纤维素含量为10g/l；
34.步骤4)物料b用滤袋进行预处理后再经纳滤膜处理，得到浓缩液和滤液，滤液为氢氧化钠溶液回收再利用，收集浓缩液为物料c，物料c的半纤维素含量为50g/l，滤袋的孔径为5μm，纳滤膜的截留分子量为300，纳滤膜处理的温度为40℃，纳滤膜处理的进膜压力为10bar；
35.步骤5)物料c加浓硫酸得到的析出物为物料d，物料d的ph值为2；
36.步骤6)物料d经陶瓷膜处理，得浓缩液和滤液，加纯水透析后收集浓缩液为物料e，物料e的半纤维素含量为120g/l，陶瓷膜的截留分子量为10000，陶瓷膜处理的温度为60℃，陶瓷膜的进膜压力为3bar，加水透析的加水量为物料总量的2倍；
37.步骤7)物料e经过干燥得到半纤维素干粉，物料e采用喷雾干燥器进行干燥，喷雾干燥器进行干燥处理时，进风温度为240℃。
38.实施例2
39.本实施例的一种从废纸中提取半纤维素的方法，包括以下步骤：
40.步骤1)在温度40℃下，将废纸采用水力碎浆机分散打成废纸浆，浆浓3.5％，过滤除去非纸浆杂质；废纸为国废；
41.步骤2)在温度50℃下，将步骤1)中过滤后的废纸浆经8％的氢氧化钠溶液浸渍1h后得到物料a；
42.步骤3)将物料a经固液分离处理，固液分离处理采用自动排渣离心机，自动排渣离心机的滤布孔径为300目，得到浸渍后废纸和浸渍液，收集浸渍液为物料b，物料b的半纤维素含量为15g/l；
43.步骤4)物料b用滤袋进行预处理后再经纳滤膜处理，得到浓缩液和滤液，滤液为氢氧化钠溶液回收再利用，收集浓缩液为物料c，物料c的半纤维素含量为60g/l，滤袋的孔径为5μm，纳滤膜的截留分子量为500，纳滤膜处理的温度为50℃，纳滤膜处理的进膜压力为15bar；
44.步骤5)物料c加浓硫酸得到的析出物为物料d，物料d的ph值为3；
45.步骤6)物料d经陶瓷膜处理，得浓缩液和滤液，加纯水透析后收集浓缩液为物料e，物料e的半纤维素含量为140g/l，陶瓷膜的截留分子量为15000，陶瓷膜处理的温度为65℃，
陶瓷膜的进膜压力为5bar，加水透析的加水量为物料总量的3倍；
46.步骤7)物料e经过干燥得到半纤维素干粉，物料e采用喷雾干燥器进行干燥，喷雾干燥器进行干燥处理时，进风温度为300℃。
47.实施例3
48.本实施例的一种从废纸中提取半纤维素的方法，包括以下步骤：
49.步骤1)在温度50℃下，将废纸采用水力碎浆机分散打成废纸浆，浆浓5.5％，过滤除去非纸浆杂质；废纸为美废；
50.步骤2)在温度70℃下，将步骤1)中过滤后的废纸浆经15％的氢氧化钠溶液浸渍3h后得到物料a；
51.步骤3)将物料a经固液分离处理，固液分离处理采用自动排渣离心机，自动排渣离心机的滤布孔径为500目，得到浸渍后废纸和浸渍液，收集浸渍液为物料b，物料b的半纤维素含量为19g/l；
52.步骤4)物料b用滤袋进行预处理后再经纳滤膜处理，得到浓缩液和滤液，滤液为氢氧化钠溶液回收再利用，收集浓缩液为物料c，物料c的半纤维素含量为68g/l，滤袋的孔径为15μm，纳滤膜的截留分子量为2000，纳滤膜处理的温度为60℃，纳滤膜处理的进膜压力为25bar；
53.步骤5)物料c加浓硫酸得到的析出物为物料d，物料d的ph值为6；
54.步骤6)物料d经陶瓷膜处理，得浓缩液和滤液，加纯水透析后收集浓缩液为物料e，物料e的半纤维素含量为170g/l，陶瓷膜的截留分子量为30000，陶瓷膜处理的温度为75℃，陶瓷膜的进膜压力为8bar，加水透析的加水量为物料总量的6倍；
55.步骤7)物料e经过干燥得到半纤维素干粉，物料e采用离心式喷雾干燥器进行干燥，离心式喷雾干燥器进行干燥处理时，出风温度为80℃。
56.实施例4
57.本实施例的一种从废纸中提取半纤维素的方法，包括以下步骤：
58.步骤1)在温度60℃下，将废纸采用水力碎浆机分散打成废纸浆，浆浓6％，过滤除去非纸浆杂质；废纸为美废；
59.步骤2)在温度80℃下，将步骤1)中过滤后的废纸浆经20％的氢氧化钠溶液浸渍4h后得到物料a；
60.步骤3)将物料a经固液分离处理，固液分离处理采用自动排渣离心机，自动排渣离心机的滤布孔径为700目，得到浸渍后废纸和浸渍液，收集浸渍液为物料b，物料b的半纤维素含量为20g/l；
61.步骤4)物料b用滤袋进行预处理后再经纳滤膜处理，得到浓缩液和滤液，滤液为氢氧化钠溶液回收再利用，收集浓缩液为物料c，物料c的半纤维素含量为70g/l，滤袋的孔径为20μm，纳滤膜的截留分子量为3000，纳滤膜处理的温度为70℃，纳滤膜处理的进膜压力为30bar；
62.步骤5)物料c加浓硫酸得到的析出物为物料d，物料d的ph值为7；
63.步骤6)物料d经陶瓷膜处理，得浓缩液和滤液，加纯水透析后收集浓缩液为物料e，物料e的半纤维素含量为200g/l，陶瓷膜的截留分子量为40000，陶瓷膜处理的温度为90℃，陶瓷膜的进膜压力为9bar，加水透析的加水量为物料总量的7倍；
64.步骤7)物料e经过干燥得到半纤维素干粉，物料e采用离心式喷雾干燥器进行干燥，离心式喷雾干燥器进行干燥处理时，出风温度为120℃。
65.本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。