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        香蕉莖稈制造紙漿工藝研究

        2014-07-05 11:29:27黎瑞珍
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年5期

        黎瑞珍

        摘要:對(duì)香蕉(Musa ‘Paradisiaca)莖稈制造紙漿的工藝進(jìn)行了研究,并探討了乙酸溶液濃度對(duì)香蕉樹原莖化學(xué)脫膠效果的影響及過(guò)氧化氫、氨水濃度對(duì)其漂白效果的影響,最終確定3種試劑的最佳濃度。結(jié)果表明,老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過(guò)氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進(jìn)行漂白和脫膠,所得紙漿成品效果最好。

        關(guān)鍵詞:香蕉(Musa ‘Paradisiaca)樹;紙漿;漂白;脫膠;工藝

        中圖分類號(hào):TQ340.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2014)05-1128-03

        香蕉(Musa ‘Paradisiaca)在植物分類學(xué)上屬芭蕉科芭蕉屬。中國(guó)是香蕉的主產(chǎn)國(guó),香蕉資源非常豐富[1]。海南省是中國(guó)主要的香蕉產(chǎn)地之一,每年都種植大量的香蕉,2012年種植的香蕉就有5.91萬(wàn)hm2,產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn)t。作為四大水果之一的香蕉[2],在供人們食用的同時(shí)也有大量的副產(chǎn)品如香蕉莖、香蕉葉等產(chǎn)生,而這些副產(chǎn)品絕大多數(shù)都被當(dāng)作垃圾丟掉,造成再次污染。香蕉莖稈中含有豐富的人體必需的無(wú)機(jī)元素和微量元素[3],粗蛋白和粗脂肪的含量也比較豐富[4]。有報(bào)道[5-7]用香蕉莖稈制取養(yǎng)豬飼料及生產(chǎn)養(yǎng)雞的菌體蛋白飼料添加劑等。

        香蕉莖稈可以用來(lái)制造紙漿。使用香蕉莖稈制造紙漿有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):第一,原料來(lái)源廣,香蕉樹遍布中國(guó)大江南北,一年四季均可獲得大量新鮮原料,可變廢為寶增加農(nóng)民收益,同時(shí)為國(guó)家節(jié)約大量的木材資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境;第二,脫膠容易,工藝簡(jiǎn)單,成本低;第三,香蕉樹松軟,容易加工切碎,且無(wú)需高壓蒸煮;第四,無(wú)污染,試驗(yàn)過(guò)程中使用無(wú)污染的過(guò)氧化氫溶液,不會(huì)有燒堿回收等問題[8]。本試驗(yàn)主要對(duì)香蕉莖稈制造紙漿的工藝進(jìn)行了研究,旨在為香蕉樹的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 儀器與試劑

        案式彈簧度盤秤(廣東香山衡器集團(tuán)股份有限公司),A-103型美嘉寶多功能攪拌機(jī)(廣州市恒躍家用電器有限公司),DHG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海金宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);30%過(guò)氧化氫溶液,25%氨水,35%乙酸溶液;試驗(yàn)用水均為蒸餾水,其他試劑為分析純。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 樣品的采集與前處理 試驗(yàn)中所采用的香蕉樹均來(lái)自海南省五指山市香蕉種植園。在試驗(yàn)開始時(shí)選擇嫩的和老的香蕉樹進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),根據(jù)對(duì)比結(jié)果選擇老的香蕉樹進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。本試驗(yàn)采用的香蕉樹原莖是從原料產(chǎn)地取的整根莖條。每個(gè)葉鞘的橫切面分為3層,即最外韌皮層、形似蜂窩狀的中層和含纖維最少的內(nèi)層。

        試驗(yàn)前將香蕉樹原莖從根部開始切成3~5 cm的片段,并將其剁碎,然后送入攪拌機(jī)打碎。由于香蕉樹莖稈在使用多功能攪拌機(jī)打碎時(shí)需要添加水輔助打磨,而且在打磨的過(guò)程中香蕉樹原莖也會(huì)出水,所以每次漂白和脫膠試驗(yàn)前均需要將碎屑過(guò)濾,然后取100 g樣品進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

        1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將過(guò)氧化氫溶液、氨水、乙酸溶液配制成6個(gè)不同濃度的溶液(表1)。在固定其他兩種溶液濃度的條件下,考察其中一種溶液對(duì)紙漿制品效果的影響。

        1)不同濃度的過(guò)氧化氫溶液對(duì)香蕉樹原莖的漂白效果試驗(yàn)。在氨水和乙酸溶液濃度一定的條件下,考察不同的過(guò)氧化氫溶液對(duì)香蕉樹原莖漂白效果的影響。

        2)不同濃度的氨水對(duì)香蕉樹原莖的漂白效果試驗(yàn)。在過(guò)氧化氫溶液和乙酸溶液濃度一定的條件下,考察不同濃度的氨水對(duì)香蕉樹原莖堿煮效果的影響。

        3)不同濃度的乙酸溶液對(duì)香蕉樹原莖的脫膠效果試驗(yàn)。在過(guò)氧化氫溶液和氨水濃度一定的條件下,考察不同濃度的乙酸溶液對(duì)香蕉樹原莖脫膠效果的影響。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同濃度的過(guò)氧化氫溶液對(duì)香蕉樹原莖的漂白效果分析

        為了減少環(huán)境污染,造紙工業(yè)建議用無(wú)氯漂白或少氯漂白[9-11],過(guò)氧化氫作為溫和的氧化劑,它是一種對(duì)環(huán)境友好的漂白試劑[12]。試驗(yàn)在將切碎的香蕉莖稈打碎后,加入不同濃度的過(guò)氧化氫溶液(9.0、8.0、7.0、6.0、5.0、4.0 mol/L)和相同濃度的氨水(6.0 mol/L),然后加熱。當(dāng)溫度升高至95~98 ℃時(shí)加入乙酸溶液(6.0 mol/L),停止加熱。靜置后將其過(guò)濾,將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,設(shè)定在50 ℃下加熱14 h。其結(jié)果如圖1所示。由圖1可見,圖1D(過(guò)氧化氫溶液濃度為6.0 mol/L)的漂白效果最好。

        2.2 不同濃度的氨水對(duì)香蕉樹原莖的漂白效果分析

        試驗(yàn)將切碎的香蕉莖稈打碎后,加入不同濃度的氨水(6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5 mol/L)和相同濃度的過(guò)氧化氫溶液(9.0 mol/L)后加熱。當(dāng)溫度升高至95~98 ℃時(shí)加入乙酸溶液(6.0 mol/L),停止加熱。靜置后將其過(guò)濾,將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,設(shè)定在50 ℃下加熱14 h。其結(jié)果如圖2所示。由圖2可見,隨著氨水濃度的降低,紙漿成品的纖維出現(xiàn)強(qiáng)度下降的情況,主要表現(xiàn)為紙漿變脆;漂白效果變化不大,但黏度出現(xiàn)一定變化規(guī)律。經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)圖2C(氨水濃度為5.0 mol/L)的紙漿成品比較好。

        2.3 不同濃度的乙酸溶液對(duì)香蕉樹原莖的脫膠效果分析

        香蕉樹莖纖維化學(xué)脫膠是利用香蕉樹莖纖維中的纖維素和膠雜質(zhì)成分對(duì)堿、無(wú)機(jī)酸和氧化劑作用的穩(wěn)定性的不同,在不損傷或盡量少損傷纖維原有性質(zhì)的原則下,去除其中的膠質(zhì)成分,而保留或制取纖維素的化學(xué)加工過(guò)程[13]。試驗(yàn)在將切斷的香蕉莖稈粉碎后,加入相同濃度的過(guò)氧化氫溶液(9.0 mol/L)和相同濃度的氨水(6.0 mol/L),然后加熱。當(dāng)溫度升高至95~98 ℃時(shí)加入不同濃度的乙酸溶液(6.0、5.5、5.0、4.5、4.0和3.5 mol/L),停止加熱。靜置后將其過(guò)濾,將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,設(shè)定在50 ℃下加熱14 h。其結(jié)果如圖3所示。由圖3可見,隨著乙酸溶液濃度的降低,其紙漿成品的黏性增加,脫膠效果逐漸減弱。纖維之間的黏連性較大,而且纖維有膨脹的現(xiàn)象,靜置空氣中紙漿成品出現(xiàn)變潮的現(xiàn)象,成品變黏。綜合分析后認(rèn)為圖3A(乙酸濃度為6.0 mol/L)的紙漿制品效果最好。

        3 小結(jié)與討論

        香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多,所制造出的紙漿成品質(zhì)量評(píng)定結(jié)果比嫩樹好。過(guò)氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑,但其濃度過(guò)高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維,而濃度過(guò)低則漂白效果不理想;隨著氨水濃度的降低,紙漿成品的黏性增大,放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學(xué)脫膠試劑,隨著其濃度的降低,紙漿成品的黏性加大,脫膠效果逐漸減弱,且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進(jìn)而長(zhǎng)霉。試驗(yàn)結(jié)果表明,老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過(guò)氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進(jìn)行漂白和脫膠,所得紙漿成品效果最好。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 柳新燕,郁崇文.香蕉纖維的性質(zhì)與開發(fā)應(yīng)用分析[J].上海紡織科技,1997(5):11.

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        3 小結(jié)與討論

        香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多,所制造出的紙漿成品質(zhì)量評(píng)定結(jié)果比嫩樹好。過(guò)氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑,但其濃度過(guò)高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維,而濃度過(guò)低則漂白效果不理想;隨著氨水濃度的降低,紙漿成品的黏性增大,放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學(xué)脫膠試劑,隨著其濃度的降低,紙漿成品的黏性加大,脫膠效果逐漸減弱,且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進(jìn)而長(zhǎng)霉。試驗(yàn)結(jié)果表明,老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過(guò)氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進(jìn)行漂白和脫膠,所得紙漿成品效果最好。

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        香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多,所制造出的紙漿成品質(zhì)量評(píng)定結(jié)果比嫩樹好。過(guò)氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑,但其濃度過(guò)高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維,而濃度過(guò)低則漂白效果不理想;隨著氨水濃度的降低,紙漿成品的黏性增大,放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學(xué)脫膠試劑,隨著其濃度的降低,紙漿成品的黏性加大,脫膠效果逐漸減弱,且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進(jìn)而長(zhǎng)霉。試驗(yàn)結(jié)果表明,老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過(guò)氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進(jìn)行漂白和脫膠,所得紙漿成品效果最好。

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