一种通过添加氨基酸提高纸浆得率的方法

本发明涉及造纸领域，特别是涉及一种通过添加氨基酸来显著提高纤维素保留率的制浆方法。

背景技术：

1、在目前已发展成熟的制浆工艺中，以木材为主体原料的制浆路线占比高达95％左右。造纸工业的快速发展，对全球林木资源的可持续供应带来巨大的压力，研究者们及产业界在拓宽制浆造纸原料来源渠道的同时，不断改进制浆技术，以提高纸浆得率与成浆品质。

2、我国竹资源丰富，竹材纤维性能与针叶木相近，是优良的制浆原材料，可以替代部分木材浆。专利cn116145457b先将竹材进行蒸汽预水解处理，再进行碱法蒸煮、氧碱漂白、抄浆等工序，制得漂白竹浆粕，其得率在31％左右。专利cn116695479a先使用温黑液对竹片进行预浸渍，再用热黑液对温黑液进行置换，使温度达到125～135℃后，加入温度为150℃或以上的热白液进行蒸煮，最终得率为46％～49％。近年来，低共熔溶剂开始用于高质量纸浆的制备。专利cn116200959b将竹子与稻草按一定比例混合，然后使用由氯化胆碱、dl-薄荷醇低共熔溶剂在一定条件下进行蒸煮，纸浆得率在50％～54％。低共熔溶剂是由两种或三种组分通过氢键供体和氢键受体之间的氢键相互作用结合形成澄清透明的均相溶剂。低共熔溶剂具有无毒、可回收、稳定等优点。研究低共熔溶剂竹浆清洁制浆工艺，对制浆造纸工业具有重要的实践意义。

3、然而，现有的以竹材为主要原料的制浆技术至少存在以下缺点：

4、由于竹材原料中纤维素、半纤维素、木质素之间结合紧密，现有制浆技术往往采用更剧烈的蒸煮条件以达到大量脱除木质素的目的，但与此同时，纤维素在制浆过程中部分降解，降低了纸浆得率。现阶段开发的温和制浆技术虽然解决了现有技术存在的部分问题，但仍然存在诸多缺点，如传统碱液蒸煮环境污染负荷高、处理工艺繁琐、得率低，新型低共熔溶剂所用的试剂成本高昂、纤维素得率有所下降等问题。

技术实现思路

1、针对以上所述缺点，本发明提供一种三元低共熔溶剂蒸煮竹原料制备浆料的方法，所述方法具有试剂易获得，环境友好、纸浆得率高的优点。

2、本发明提供一种三元低共熔溶剂蒸煮竹原料制备浆料的方法，其包括以下步骤：

3、s1将竹材原料与三元低共熔溶剂按比例进行混合，并在微波仪中以120℃～140℃、功率500w～700w下反应10min～30min；

4、s2随后依次使用丙酮溶液、无水乙醇、去离子水洗涤至中性，然后烘干，获得纤维残留物即得到目标浆料；

5、所述三元低共熔溶剂的制备方法如下：在温度为70℃～90℃的条件下，将氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸溶液按比例混合，并持续加热搅拌，直至形成澄清透明溶液，得到三元低共熔溶剂。

6、具体实施方式中，所述竹材原料选自毛竹、慈竹等，将其粉碎至30-50目，初步获得竹材原料。

7、优选实施方式中，s2中的丙酮溶液为50％丙酮溶液。

8、在具体实施方式中，所述氨基酸为l-精氨酸、l-酪氨酸、l-甘氨酸、l-丙氨酸、l-脯氨酸、l-缬氨酸、l-苏氨酸中的一种或多种。

9、优选地实施方式中，所述氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸的混合比例为1:0.01-0.1:2-18。优选为1:0.03-0.08:6-15；更优选为1:0.05:9。

10、具体实施方式中，所述氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸的混合比例为1:0.0-4-0.06:7-11；具体为1:0.05:9。

11、优选地，s1中是在微波仪中以125℃～135℃、功率500w～700w下反应15min～25min，更具体例如温度为130℃，微波功率为600w，并在此条件下反应20min。

12、本发明还提供所述的方法得到的浆料。

13、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

14、与现有技术相比，本发明的三元低共熔溶剂辅助微波处理竹子制备浆料的方法，采用低共熔溶剂对竹子进行预处理，提高了纸浆得率；本发明使用微波反应仪在限定的条件下辅助蒸煮，极大程度上缩短了蒸煮时间，大幅提高了蒸煮效率。由于研究采用了微波反应仪的功率、蒸煮时间及温度，本发明做到了在兼顾蒸煮效果的同时，也防止了微波对原料内部结构的过度破坏。

15、此外，氨基酸的添加可大幅提高纸浆保留率，有效提高了低共熔溶剂制浆效果。其原理为：氨基酸可以与纤维素的三个同侧羟基中的一个形成分子间氢键，从而阻止低共熔溶剂中的胆碱阳离子和质子，或氯阴离子和羧酸阴离子同时与纤维素的三个同侧羟基形成三个氢键，抑制了纤维素的降解。

16、因此，本发明提供的竹材作为制浆原料的清洁制浆工艺，工艺过程中黑液产生极少，且无有害气体生成，产生的废弃物和制浆废液均可通过蒸发等方式，实现回收再利用。

技术特征：

1.一种三元低共熔溶剂蒸煮竹原料制备浆料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料选自毛竹、慈竹等，将其粉碎至30-50目，初步获得原料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中的丙酮溶液为50%丙酮溶液。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氨基酸为l-精氨酸、l-酪氨酸、l-甘氨酸、l-丙氨酸、l-脯氨酸、l-缬氨酸、l-苏氨酸中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸的混合比例为1: 0.01-0.1:2-18。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸的混合比例为1: 0.03-0.08:6-15；更优选为1: 0.05:9。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、氨基酸和l-乳酸的混合比例为1: 0.0-4-0.06:7-11；具体为1: 0.05:9。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中是在微波仪中以125℃~135℃、功率500w~700w下反应15min~25min。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中是在微波仪中以130℃，微波功率为600w，并在此条件下反应20min。

10.如权利要求1至9任一项所述的方法得到的浆料。

技术总结本发明涉及造纸领域，特别是涉及一种通过添加氨基酸来显著提高纤维素保留率的制浆方法。所述方法包括如下步骤：将竹材原料与三元低共熔溶剂按比例进行混合，并在微波仪反应；随后依次使用丙酮溶液、无水乙醇、去离子水洗涤至中性，然后烘干，获得纤维残留物即得到目标浆料；所述三元低共熔溶剂的制备方法如下：将氯化胆碱、氨基酸和L‑乳酸溶液按比例混合，并持续加热搅拌，直至形成澄清透明溶液，得到三元低共熔溶剂。本发明提供的竹材作为制浆原料的清洁制浆工艺，工艺过程中黑液产生极少，且无有害气体生成，产生的废弃物和制浆废液均可通过蒸发等方式，实现回收再利用。技术研发人员：许凤,张柳明,游婷婷,裴昕斐然,吴建宇受保护的技术使用者：北京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14