[发明专利]一种麦草纤维及其生物酶法分离纤维的工艺

说明书

本发明属于生物制浆领域，提供一种麦草纤维素，以酶分子定向切割分离的秸秆纤维长短保存完好，克服了传统化学制浆中细小纤维被破坏的结果，长度‑重量平均纤维长度0.80‑1.10mm，质量‑重量平均纤维长度1.20‑1.50mm。本发明还提供一种麦草秸秆纤维，包含上述麦草纤维素的纤维结构，麦草秸秆纤维品质可以达到：亮度（白度）53‑75%，硬度 8‑26K，耐折度30‑75次，撕裂指数3.3‑5.5 mN﹒m²/g，抗张指数45.0‑62.0 N﹒m/g。本发明还提供麦草分离纤维工艺、所述麦草秸秆纤维的用途。本发明的生产过程无高温化学蒸煮黑液产生，纤维质量（长度、白度、短纤维含量等）明显优于传统化学制浆的质量，得浆率比传统化学制浆率提高25%以上，生产过程的水耗、能耗比传统化学制浆降低30%以上。

技术领域

本发明涉及一种生物酶法分离麦草纤维的工艺，属于生物制浆领域。

背景技术

麦草秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，由葡萄糖分子连接而成的纤维素占秸秆总质量的48%左右，为含量最多的组分，这种纤维被广泛应用于制浆造纸、纤维素乙醇、生物染料、生物能源等领域。

在传统麦草秸秆制浆造纸中分离纤维一般采用高温加化学助剂的方法，目前主要采用亚硫酸盐法和烧碱蒽醌法。亚硫酸盐法制浆的原理是游离的亚硫酸与木质素化合生成难溶的木质素磺酸，在有盐基存在的情况下，形成易溶的木质素磺酸盐，由于磺化而发生水解反应，木质素被裂解成更小更易溶解的分子碎片，木质素被溶解和裂解而溶出，从而释放出植物纤维。烧碱蒽醌法制浆的原理是使用氢氧化钠溶液进行蒸煮，碱液通过细胞腔并穿过细胞壁向原料的内部扩散，进入到胞间层的碱液与其中的果胶、半纤维素作用，并使其溶解，接着与胞间层的木质素作用，使其不断溶于蒸煮液中，使得纤维被分离出来。在氢氧化钠蒸煮液中加入相当于纤维原料重量 0.05 ～0.6％的蒽醌，以阻止有害的纤维素及半纤维素的剥皮反应。

这两种化学麦草秸秆制浆工艺的特点是：高温、高压、大量使用化学品助剂，在脱木质素的过程中，不仅破坏碳水化合物（纤维），使得浆率减少，而且更为严重的是在制浆的过程中形成难以处理的蒸煮黑液，由于蒸煮黑液中含有大量的木质素和化学品，是一种极其难处理的工业高浓度含固废液，无法采用已有的水处理技术解决蒸煮黑液的污染问题。

目前麦草秸秆制浆蒸煮黑液的处理方法主要有两种：一是碱回收工艺，但工艺中产生了造纸白泥二次处理的问题；二是将蒸煮黑液浓缩、复配营养元素后喷浆造粒生产木质素黄腐酸肥料，但在喷浆造粒中由于高温烘干过程产生VOCs和NH₃恶臭烟气，造成二次污染，目前麦草秸秆制浆蒸煮黑液还没有合理的治理途径，开发新型的麦草秸秆纤维绿色分离工艺是科研人员及生产企业追求的目标。

随着现代生物技术的发展，一种利用生物工程与传统制浆工艺相结合的绿色制浆技术迅速发展起来，它是在制浆过程中，原料不经过蒸煮，不排放有害黑液，实现制浆全过程的无害化生产，是制浆技术领域中一种新颖的、独特的制取植物纤维的技术，这一过程是通过高活性生物酶替代传统制浆中采用的化学品助剂来实现的。生物酶是具有催化功能的蛋白质，是由氨基酸长链组成，长链通过不同的折叠和螺旋，形成酶分子的特定三维空间结构，它具有特殊的催化功能，表现为：（1）高效性：用酶作催化剂，酶的催化效率是一般无机催化剂的10⁷~10¹³倍。（2）专一性：一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应，即酶是仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。（3）低反应条件：一般无机催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件来实现化学反应，而酶催化反应则可在较温和的常温、常压下进行。（4）安全性：目前用于工业生产的生物酶是蛋白质，由氨基酸单体链接构成，不像细菌菌体存在感染性，在自然界受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其它化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时很快变性失活而被降解。（5）环保性：生物酶具有靶向的切点，通过不同的生物酶切开不同的组织成分，将混合的底物原料分开，此过程无污染物的产生。