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农业废弃物变废为宝的新应用 - 超声波制浆技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-29  浏览次数:0
核心提示:造纸行业是国民经济的重要组成部分。2013年全国纸产量为10110万吨,纸浆用量9147万吨,其中,国产纸浆5263万吨,进口纸浆3884万
造纸行业是国民经济的重要组成部分。2013年全国纸产量为10110万吨,纸浆用量9147万吨,其中,国产纸浆5263万吨,进口纸浆3884万吨。值得注意的是国产原生浆只有1711万吨,木浆882万吨,其中400万吨木浆是用进口木片生产。纸浆42%以上需要进口,严重影响我国制浆造纸行业的健康发展。

  由于我国林木资源匮乏,而农作物资源丰富,为非木浆的发展提供了有利条件。我国麦草和稻草资源丰富,每年可用于工业原料的数量约为1.5亿吨。其中稻麦草秸秆的利用率却不足7%。

  用农作物秸秆生产纸浆的是因为农作物秸秆是一年生可再生资源,充分利用可减少纸浆进口,节约大量外汇,有效保护世界森林资源。而超声波制浆技术则着眼于以草代木,改变我国造纸纤维原料结构,减少森林资源采伐,维护人类生态安全与健康发展!

  为了解决这个造纸污染世界的难题,创建于1995年安阳华森纸业有限责任公司,经过刻苦钻研,千余次的试验,二十年磨一剑,终于开发出“超声无氯麦草制浆漂白一体化新技术”,形成了一套完整的生产工艺,并研发出超声波制浆专用设备和介质,应用于规模化生产。

  超声波是指频率高于20000Hz以上的声音,该声波在介观范围内,能够产生机械效应、热效应、空化效应。

  超声波制浆技术是充分利用超声波的机械效应、空化效应和热效应的制浆技术,利用超声波的选择性作用,对原料胞间层、角隅层的木质素进行冲击、剥蚀、使纤维细胞沿纵向分裂,纤维分离而完成制浆作用;于此同时,利用超声空化效应产生的自由基等活性物质使物料中有色基团化学键断裂,起到漂白作用。从而,在超声反应器内同时完成制浆和漂白过程。超声波制浆技术不同于传统的制浆蒸煮与漂白生产工艺,是一种新型的纸浆生产工艺。

  超声波作为一种能量形式,对物质可以产生如下作用:可改变或加速改变物质的一系列物理、化学、生物特性或状态,可改善反应的条件,加快反应速度、提高反应产率,还能使一些难以进行的化学反应得以实现,尤其可以大大提高非均相反应速率,实现非均相反应物间的均匀混合,加速反应物和产物的扩散。

  传统的制浆蒸煮工艺是在高温高压条件下,使纤维原料中的木素组分与高浓度化学药品起反应溶出,尤其当胞间层木素溶出后达到纤维分离点时,纤维细胞相互分离而成为纸浆。而超声波制浆工艺则是在常温常压条件下,充分利用超声波的机械效应、空化效应和热效应完成制浆过程的。

  而超声波制浆过程中以水作为超声波传导介质,利用超声波的机械效应和空化效应对纤维原料进行冲击、剥蚀,并基于超声波的频率特性对纤维素、半纤维素和木素成分进行选择性作用,使纤维分离开来,从而完成制浆过程。

  超声波制浆工业化技术在生产工艺、设备及超声介质方面均具有自主创新性,并已形成了完整的超声波制浆理论。本技术生产流程短,不需要加温蒸煮、漂白,节能降耗效果明显;污染负荷低,整个生产过程无AOX、二噁英等有毒有害物质产生;成浆质量优良;原料适应性较广,可适用于稻麦草、芦苇、竹子、蔗渣等非木材纤维原料及杨木、桉木等阔叶木纤维原料。

  该技术在国内推广,可大大促进非木材纤维原料的利用,保护森林资源,提高农作物资源利用率,促进农业健康发展;解决传统制浆行业尤其是非木浆生产行业的高成本、高消耗、高污染问题,极大提升我国制浆行业清洁生产水平;有利于提升我国自主制浆能力,提供一种绿色环保的新型原生浆料,降低纸浆的对外依存度、从而节约进口纸浆外汇用量;该技术采用自主研发的设备,对于推动我国造纸工业生产装备自主化具有积极意义。

  近年来,国内外学者对超声波技术在制浆造纸行业中的应用进行了广泛研究,主要集中于超声技术与传统制浆技术协同制浆的研究工作,如超声辅助化学漂白制浆、超声辅助麦草碱法制浆、超声辅助碱法竹浆等研究工作。但是,由于缺少符合规模化生产要求的超声波反应器以及相应的制浆工艺,超声波技术在制浆造纸行业中的应用,一直难以实现产业化。

  自2005年至今,安阳华森纸业有限责任公司一直专注于超声波制浆技术的研发,并力争将其发展成为一项可量产的制浆工业化生产技术。华森纸业组织骨干力量与河南师范大学、南京林业大学组成产、学、研课题攻关组,经过一系列反复多次的实验室实验、中试和生产试验,开发出“超声无氯麦草制浆漂白一体化技术”,形成了一套完整的生产工艺。在整个研发试验过程中,从材料采购、设备加工、装配等各个环节严格把关,经过认真、反复的调试、修改,最终研发出可以应用于规模化生产的超声波制浆专用设备和超声波制浆介质体系。

  目前,华森纸业已经采用该技术投产了世界上第一条超声波制浆生产线,产品销往周边造纸厂,纸浆质量得到了普遍认可。超声波制浆项目具有明显的经济效益、社会效益和生态效益。除麦草外,稻草、芦苇、蔗渣和竹子等非木材制浆原料均可作为超声波纸浆的原料,原料成本低。尤其麦草、稻草等农产品剩余物,每年多视为农业废弃物,以焚烧处理为主,污染环境,并且造成资源的浪费。超声波制浆技术可以将这些农业废弃物变废为宝,不仅可为制浆企业带来优异的经济效益,同时具有良好的环境效益和社会效益。

 
 
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