从造纸黑液中分离木质素和半纤维素并回收碱液的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环保和资源回收利用领域，尤其涉及一种从造纸黑液分离木质素和半纤维素并回收碱液的方法。
【背景技术】
[0002]我国的造纸工业主要使用各种木材和草本植物为原料，如杨树、松树、杉树、桉树、芦苇、麦草、稻草、玉米杆、玉米芯、甘蔗渣等。造纸工业排放大量的腥臭、有毒的黑液，其主要成分是半纤维素和微生物无法代谢的木质素，据估计，我国造纸工业每年排放的木质素高达4000万吨。目前处理造纸黑液的主要方法是浓缩后与发电厂的煤粉混合烧掉。我国目前仍有95%以上的木质素和半纤维素随未经处理的造纸黑液排放，是我国内陆水体的最大污染源之一。另一方面，造纸黑液中含有的碱液是造纸工业的必须原料，木质素和半纤维素是许多高附加值产品的原料。半纤维素含有多种糖类物质，包括D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基、D-半乳糖基、L-阿拉伯糖基、4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸基，D-半乳糖醛酸基和D-葡萄糖醛酸基等，还有少量的L-鼠李糖、L-岩藻糖等。2010年以后的研究发现木质素是制造高强工程塑料、碳纤维和石墨烯的宝贵原料，附加值极高。因此从造纸黑夜中分离半纤维素和高纯木质素，并回收碱液，既消除了污染，又变废为宝，有很高的社会效益和经济效益。
[0003]申请人检索到以下从造纸黑液中分离或提取木质素或者碱的方法的相关文献:
1、中国专利，申请号:201510560992.8;申请人:海南金海浆纸业有限公司；发明名称:一种造纸黑液中木质素分级分离装置及其方法;摘要:本发明公开了一种造纸黑液中木质素分级分离装置及其方法，其特征在于，此装置包括黑液储罐、第一转移栗、预处理装置、第一膜过滤器、第二膜过滤器、第三膜过滤器、高分子木质素储罐、膜过滤液储罐、第二转移栗、第四膜过滤器、第五膜过滤器、第六膜过滤器、连接管和低分子木质素储罐;此方法包括以下步骤:预处理、第一次膜过滤、第二次膜过滤；采用本发明所提供的一种造纸黑液中木质素分级分离装置及其方法，能够将黑液中的碱和木质素进行分离，碱可以送回制浆系统进行药液循环，还可分离出不同分子量级别的木质素，作为不同的副产品进行销售或作中间产品进行再加工，此方法操作简单，水耗、能耗低，具有良好的前景。
[0004]2、中国专利，申请号:201310082509.0;申请人:浙江捷发科技有限公司；发明名称:一种利用造纸黑液制备木质素的方法;摘要:本发明公开了一种利用造纸黑液制备木质素的方法，以造纸黑液为原料，对造纸黑液进行预处理，除去水不溶性颗粒和纤维状杂质；再利用膜处理除去小于木质素分子量的有机物，得到浓缩液；然后对浓缩液中进行酸析处理，得到大分子粗木质素沉淀；最后经除盐除去酸析所产生的无机盐，即得高纯度木质素。本发明的方法其收率不受原料黑液浓度变化的影响，分离提取木质素纯度高，分子量大小较均一，杂质去除率高，经磺化缩合制得的改性木质素磺酸钠分散剂应用性能得到显著提尚O
[0005]3、中国专利，申请号:200910077742.3;申请人:北京嘉禾木科技有限公司；发明名称:造纸黑液中提取木质素的方法;摘要:本发明涉及造纸黑液中提取木质素的方法。造纸黑液的无污染利用是困扰造纸工业发展的难题。本发明将造纸黑液进行pH调节至8-10，通过预处理系统进行预处理，除去大的悬浮颗粒和胶体杂质;预处理系统为一过滤精度为100至IJ300目范围的机械振动筛过滤器或袋式过滤器，以及一个截留分子量为20万-50万范围经过改性后的分离膜;改性分离膜材料经过本体接枝改性、表面接枝改性或合金改性;经过二级或二级以上分离膜进行精滤，各级分离膜的截留分子量从150到50000不等。该发明产品中纯木质素含量不小于55%，浓缩提纯后可高达90.0%以上；耐温可达130°C以上;表观灰分含量可小于5%;并可调节分子量大小和分布，生产不同品质的木质素产品；同时可以做到水的充分循环利用。
[0006]4、中国专利，申请号:85106333;申请人:张沐恩；发明名称:造纸黑液中碱和木质素的聚沉分离法；摘要:一种造纸黑液中和碱和木质素的聚沉分离法，它作为化学工业范畴。本发明将CaO或Ca(OH)2作为聚沉剂，属于黑液或腐殖酸的碱溶液中，就能使木质素或腐殖酸的盐聚沉。经过滤，所得滤液为碱溶液，所得沉淀可提纯为木质素或腐植酸的盐。本发明既能回收碱，又能回收木质素或腐植酸。
[0007]5、中国专利，申请号:90104181.5;申请人:张沐恩；发明名称:处理造纸黑液的聚沉分离法;摘要:一种对造纸黑液进行处理和回收利用的方法。该方法是在由挤浆机挤出的原汁造纸黑液中，添加2~5%(克/毫升)固体氯化钙或氯化钙废漂液，使木质素聚沉，然后通过过滤机过滤，得到固状木质素和稀碱液，木质素可作为燃料利用，稀碱液可栗回蒸煮球中循环使用或回收碱。该方法投资少，设备简单，适应性强，大、中、小型纸厂均可采用，而且成本低、能耗小，既能回收木质素，又能循环利用或回收碱，既治理了水污染，又避免了大气污染。
[0008]6、中国专利，申请号:93111777.1;申请人:席炳炬;发明名称:一种同步分离造纸黑液中碱及木质素等的方法;摘要:一种同步分离造纸黑液中碱及木质素等的方法，涉及造纸黑液的回收领域。其特征在于:经预处理的造纸黑液—加絮凝剂—苟化—加植物淀粉。去除无机物形成的白泥(主要包括S12、CaCO3)，去除可达95%，回收木质素等有机物可达99%，留下的碱液可以直接回收利用。设备、工艺简单，运行费用低。
[0009]7、中国专利，申请号:201210438097.5;申请人:李征;发明名称:芦苇造纸黑液中木质素的提取方法;摘要:芦苇造纸黑液中木质素的提取方法属于提取工艺技术领域，尤其涉及一种芦苇造纸黑液中木质素的提取方法。本发明提供一种提取率高、操作方便的芦苇造纸黑液中木质素的提取方法。本发明采用如下技术方案:取一定量的黑液，用酸调节PH值，加入乙醇中和;抽滤，将滤液调节pH值，抽滤，将滤液中的乙醇蒸出；用酸溶液洗涤抽滤出的固体颗粒，自然干燥。
[0010]8、中国专利，申请号:201110401577.X;申请人:南京大学;发明名称:一种提取分离造纸黑液木质素的装置及方法;摘要:本发明公开了一种提取分离造纸黑液木质素的装置及方法，该装置主要包括酸析絮凝区(8)、挡桶(5)和分离区(10)。本装置集酸析、消泡、絮凝于一体，分离区的布局、挡桶与酸析絮凝区之间的紧密活动连接以及孔道的设置，能够快速高效的提取分离造纸黑液中的大量木质素，提高了木质素提取量；本发明通过复合液和造纸黑液的充分混合，能够快速的酸析出木质素，然后加入助凝剂PAM形成更大的絮体，以利于木质素更好的分离。本发明改善了传统酸析法的缺点，具有更广阔的应用前景。[0011 ] 9、中国专利，申请号:201510561740.7;申请人:武汉凯比思电力设备有限公司；发明名称:一种由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法;摘要:本发明涉及造纸废水处理技术领域，具体涉及一种由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法。本发明的由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法利用碱回收锅炉尾气中的CO2、SO2等酸性气体对黑液进行处理使木质素以沉淀形式析出，虽然对于整个制浆系统产生的氮、硫的脱除没有实质上的帮助，但能使一部分氮、硫氧化物部分停留在木质素提取系统，从而缓解了尾气处理的负荷，达到“以废治废”的效果，同时整个制浆系统并未引入新的杂质，生产工艺不需做太大调整。
[0012]造纸黑液含有的三种主要的成分是木质素(40%)、半纤维素(30%)和碱和无机试剂(30%)，它们也是主要的污染物。上述9项关于造纸黑液的专利仅分离和回收了其中的一种(木质素)或两种(木质素和碱液)成分，没有一种实现了三种成分的全回收。上述的专利1、
2、3与本发明的黑液处理方法比较相近，但也有明显不同。专利I采用了6级膜过滤器，截流出的应是黑液中的溶质碱木质素，要想得到木质素，还要对碱木质素进行分级酸化和过滤，不仅设备复杂，成本也很高。专利2仅采用一级膜过滤，滤除了小于木质素分子量的有机物和碱液，但大量的分子量大于木质素的半纤维素(占30%)没有被分离。专利3先把黑液调节至pH=8-10，此时已经有相当数量的碱木质素转变成木质素悬浮物分离出来，用机械振动筛过滤器或袋式过滤器预处理会造成木质素的损失，随后采用2级或2级以上膜分离，截留出的应是碱木质素，没有提到碱木质素的酸化回收，也没提到碱液回收和半纤维素分离和回收的问题。其余的6个专利(4-9)采用的方法与本发明不同，仅回收了一种或两种成分。本发明实现了三种成分的分离和回收，不仅经济效益高