论文总字数：15468字

摘 要

本课题以秸秆为原料，采用自制催化剂WQQ加氢还原降解半纤维素，再利用碱溶法去除木质素。论文通过单因素实验法对加氢还原降解半纤维素的工艺条件如时间、温度、压强、固液比等进行考察，结果表明在蒸煮时间3 h，反应温度120 ℃，反应压强1 MPa，固液比为1∶7的条件下秸秆中半纤维素还原的效果最好，在此条件下秸秆中半纤维素的降解率为45%。此外还考察了秸秆目数对纸浆撕裂度的影响，实验结果表明混合秸秆所做纸浆抗撕裂度最好。该制浆工艺减少了化学试剂的使用，降低了对环境的污染，提高了秸秆的综合利用，并增强了纸浆强度，拓宽了后期纸浆的利用度。

关键词：纤维素 半纤维素 加氢还原 碱溶 撕裂度

Research on preparation technology of new pulp

ABSTRACT

This paper used straw as raw materials, the catalyst WQQ was used to restore the semi cellulose and the alkali soluble lignin. Through single factor experiments, conduct a study on hydrogenation reduction process conditions for the straw hemicellulose: time, temperature, pressure, solid-liquid rate and so on. The results showed that hemicellulose removal optimization conditions for cooking time 3 hours , temperature of 120 ℃,1 MPa pressure, solid-liquid rate was 1∶7. According to the analysis, the extraction efficiency of hemicellulose in the straw was 45 %. In addition to different mesh made of paper pulp to determine tear. The experiment showed that the best fiber length is the mixture mesh . This experiment reduced the use of chemical reagents, reduced the pollution of the environment, improved the comprehensive utilization of straw, enhanced the strength of pulp, and expanded the use ratio of later pulp.

Key Words: Cellulose; Hemicellulose; Hydrogen reduction; Alkali-soluble; Tear resistance

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 秸秆处理制纸浆的方法 2

1.2.1 氧碱法制浆 2

1.2.2 高沸醇法制浆 3

1.2.3 亚硫酸盐法制浆 3

1.2.4 亚硫酸钾法制浆 4

1. 3 本课题研究的目的和意义 5

第二章 实验材料与方法 6

2.1 材料与仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验试剂 6

2.1.3 实验仪器 6

2.2 主要研究内容 7

2.3 实验方法 7

2.3.1 秸秆除盐离子 7

2.3.2 秸秆降解半纤维素 7

2.3.3 秸秆去除木质素 7

2.3.4 不同秸秆目数制纸浆 7

2.4 定量分析方法 8

2.4.1 半纤维素降解率的测定 8

2.4.2 纸浆撕裂度测定 10

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 降解半纤维素最佳工艺条件研究 11

3.1.1 反应时间对降解半纤维素的影响 11

3.1.2 固液比对降解半纤维素的影响 12

3.1.3 压强对降解半纤维素的影响 13

3.1.4 反应温度对降解半纤维素的影响 14

3.2 秸秆目数对纸浆撕裂度的影响 15

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1 前言

在最近的几年时间里，由于中国纸浆价格一直不停的出现上下浮动，国内纸浆的市场出现严重低迷的现象，生产纸浆的企业经营十分艰难。我国进口的纸浆总量持续增长，然而国内生产纸浆的总产量一直下降，国内纸浆市场开始依赖国外进口纸浆并且依赖度持续上升，国外大型纸浆生产厂商几乎掌握了所有的纸浆定价权。但从长期来看，对于我国众多人口来说我国的纸浆市场仍然有增长空间^[1]。

造纸这一行业在全球经济组成中占有很重要的地位，带动GDP上涨。到2014年为止全国纸类生产企业大约三千多家，全国纸类生产量大约10470万吨，较上年增长了3.56%。消费量为10071万吨，较上年增长了2.95%，人均年消费量为74千克（13.68亿人）。2005～2014年，纸类产品生产量年均增长7.20%，消费量年均增长6.06%。我国对生活用纸的需求越来越迫切，但是由于森林面积不足和木材紧缺，使得我国必需依靠进口纸浆，并且需要利用新型的方法生产出非木质纸浆。

当农作物提取出我们所需要的籽实后，就可以得到残余部分，就是我们所认识的秸秆。秸秆是一种对人类有用的可再生生物质资源^[2]，如秸秆作为能源，以及秸秆作为基料生产食用菌，但是现在未对其充分利用从而导致资源的浪费^[3]。秸秆中含有的木质素是大自然中最丰富的可再生的芳香族聚合物，这些木质素可制备成生物燃料和非常有用的化学品^[4] ，而半纤维素可以制成乙醇和木糖醇等^[5]。秸秆中还大量存在我们制作纸浆的纤维素，所以利用秸秆制作纸浆的产业前景十分广阔，颇具研究价值。

在我国利用纤维材料造纸的消费总量中，木材的使用量比重比较小，竹子、甘蔗渣等原料长时间得不到发展的状况下；海内的废纸资源总量依旧很大，但是废纸的再利用质量不高，回收率很低^[6]；然而我国麦草资源和稻草资源十分丰富，所占比重也比很大^[7]。截止目前，我国农作物的残余部分达到5亿多吨，而全世界农作物残余部分年产量更是多达20多亿吨，其中绝大部份是我们熟知的麦草和稻草。根据之前研究人员的发现，这类农作物的残余部分大约含有木质素的量为10～20%、半纤维素为20～25%、纤维素为35～50%，以稻草作为制成非木料纸浆的重要原料^[8,9]，所以这些资源如果加以利用就是极其宝贵的取之不尽的可再生资源^[10]。尽管如此，我们还需要优化秸秆造纸的产业结构，以减少造纸产生的污染环境 ^[11] 。

1.2 秸秆处理制纸浆的方法

1.2.1 氧碱法制浆

氧碱法制浆方法在50年代就有人提出来了,它是直接利用碱和氧来蒸煮木片，并获得专利权。目前运用此法研究的已经有许多国家，采用的原料有：木材、麦草、稻草、芦苇、蔗渣、麻类等，所使用的化学试剂有NaOH、Na₂CO₃、KOH、Na₂SO₃等，制浆方式有一段法和两段法。氧碱法制成纸浆的过程是以氢氧化钠为化学试剂与秸秆反应，这其中所利用的原理是木素分子中α-芳基醚键、α-烷基醚键温以及β-芳基醚键能在高温下与氢氧根离子发生断裂，从而迫使大分子木素变成小分子的糖类，并添加亲水性基团，使小分子的木素能够融入到蒸煮液中，从而脱去木素成浆。将切成3～4 cm长的稻草在浓度15%～115%的NaOH、固液比为1∶10、加热温度90 ℃、浸渍时间10～20 min的条件下进行碱性浸渍。浸渍后的稻草被浓缩到30%的浓度时再补加浸渍稻草绝干重量6%～10%的15%的NaOH溶液，随后置入底部盛有100 ml蒸馏水的4 L不锈钢蒸煮器中，并通入初压为0.15 MPa的氧气，外部加热升温到30 min，最高温达到120 ℃，分别保温60 min和180 min，进行氧气蒸煮反应^[12]。Okaysma和Li ^[13]在研究烧碱法制浆和氧碱法制浆的过程中发现，纸浆蒸煮液的pH值会缓慢递减，而黑液中的硅含量会显著增加，大约是10%-90%。

这种方法在较高温度碱浸渍时添加，可以使纸浆获得较高的白度和物理强度。用此方法制浆还能减少硫对水资源的污染，消除空气污染，除此以外还能够将制浆过程和化学药品回收过程共同组成一个简单的封闭循环系统，如此能够大大减少对水资源的危害，此外纸浆得率也将提高，碱耗将降低等有利条件^[14]。

1.2.2 高沸醇法制浆

利用高沸醇溶剂法去除半纤维素和木质素，秸秆残余物质可以在加有催化剂的高沸醇溶液中进行半纤维素与木质素的分离，并且能够水解半纤维素，半纤维素断裂成小分子的糖类并溶解在废液中。木质素的去除可以利用其溶于有机溶剂但不溶于水，因此可先加入有机溶剂先溶解木质素再加水使其沉淀，最后分离可以得到我们所需的木质素。陈为健^[15]等人发现在80%的1,4-丁二醇的浓度和200 ℃温度的条件下可以高效去除芒杆的纤维素和木质素。

请支付后下载全文，论文总字数：15468字