專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超臨界co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織工業(yè)中苧麻纖維提取的新方法，特別是采用化學(xué)預(yù)處理和超臨界CO2介質(zhì)中酶催化反應(yīng)相結(jié)合的苧麻纖維提取方法。
背景技術(shù)：
麻類(lèi)纖維制品是我國(guó)特色出口創(chuàng)匯產(chǎn)品。2004年，我國(guó)麻類(lèi)纖維制品出口創(chuàng)匯達(dá)9.3億美元，是20年前的20倍。特別是在我國(guó)加入WTO后，具有民族特色的麻類(lèi)纖維及其制品正展現(xiàn)出更大的活力。
苧麻是一種原產(chǎn)于我國(guó)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效韌皮纖維作物。農(nóng)民通過(guò)剝制而獲得的農(nóng)產(chǎn)品—苧麻(原麻)，必須經(jīng)脫膠，除去其非纖維素物質(zhì)(包括果膠、半纖維素、木質(zhì)素、蠟脂質(zhì)、水溶物等，統(tǒng)稱(chēng)苧麻膠質(zhì)，占原麻重量的22-30％)，才能獲得松散、潔白、可用于紡織的苧麻纖維。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用的苧麻脫膠方法為常規(guī)化學(xué)加工工藝，該工藝作用的基本原理是采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在高溫、高壓下降解非纖維素物質(zhì)。其技術(shù)路線一般為原麻→扎把裝籠→浸酸(浴比1∶8-10，硫酸4.5g/l，50℃左右，30分鐘)→一煮(蒸汽壓2.0-2.5kg/cm2，1.5h，浴比1∶10，NaOH濃度6-8g/L)→洗麻(60℃熱水，浴比1∶10)→二煮(蒸汽壓2.0-2.5kg/cm2，2.5h，浴比1∶10，NaOH濃度14-18g/L，助劑2％左右)→洗麻(60-80℃熱水，浴比1∶10)→打纖→漂酸洗(聯(lián)合機(jī))→給油→脫水→烘干(精干麻)。該法存在的主要問(wèn)題是消耗大量化工原料和能源，每加工一噸生苧麻耗固體燒堿150-200kg，濃硫酸45kg，原煤約2.5T，水600m3，電350度左右；損壞苧麻纖維固有的優(yōu)良特性并降低纖維產(chǎn)量，高溫、高壓和強(qiáng)酸、濃堿水解膠質(zhì)的同時(shí)使本來(lái)交叉、扭轉(zhuǎn)排列的微纖維變得平直了，并且水解了結(jié)晶度低的纖維素分子末端，導(dǎo)致成紗抱合力差、織物刺癢感明顯，脫膠制成率一般為62-65％；污染環(huán)境嚴(yán)重，這些污染除了來(lái)自脫膠工藝能耗、化工原料的大量投入外，還來(lái)自生苧麻本身，其高濃度廢水中COD值平均高達(dá)10000mg/L左右；工廠成本高，每噸生苧麻至精干麻的加工費(fèi)在3000元左右。
為此，國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展了苧麻生物脫膠技術(shù)研究，孫慶祥等(1985)利用枯草芽孢桿菌、陳福星(1991)、劉自熔(1992)和劉正初(1995)利用細(xì)菌和真菌粗酶液、李鳳鳴(1994)配制果膠酶粉劑、何紹江(1995)、胡國(guó)全等(2003)利用厭氧細(xì)菌處理苧麻幾小時(shí)至幾十小時(shí)后，再用稀堿液煮練完成苧麻脫膠。這些研究具有降低生產(chǎn)成本、提高纖維產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)和降低環(huán)境污染等特點(diǎn)，但在同一生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)兩種反應(yīng)機(jī)制，技術(shù)難度較大；同時(shí)，苧麻非纖維素物質(zhì)的酶降解反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境造成一定的污染。
三、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本發(fā)明的目的針對(duì)苧麻常規(guī)化學(xué)脫膠和生物化學(xué)聯(lián)合脫膠方法存在的主要問(wèn)題，將現(xiàn)代生物技術(shù)和超臨界流體技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提供一種對(duì)苧麻原麻進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理和超臨界CO2酶催化反應(yīng)相結(jié)合的苧麻纖維提取方法。即通過(guò)Na2CO3和多聚磷酸鈉等脫膠助劑滲透作用，可在一定程度上松散原麻韌皮結(jié)構(gòu)，使果膠酶、木聚糖酶更易于進(jìn)入纖維束間并結(jié)合束間膠質(zhì)；超臨界CO2反應(yīng)介質(zhì)可加速酶的催化反應(yīng)；漂白使用的H2O2系一種無(wú)污染的漂白劑，可清除掉脫膠酶無(wú)法分解的頑固性老根、斑疵等。與已有技術(shù)相比，具有提高麻類(lèi)纖維的紡織性能、縮短脫膠周期、徹底解決苧麻脫膠的環(huán)境污染等特點(diǎn)。
四、技術(shù)方案本發(fā)明擬采用的技術(shù)方案包括備料、化學(xué)預(yù)處理、酶液配制、酶液浸泡、超臨界酶處理、拷麻、洗麻、漂白、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干等工序。
(一)備料 將原麻除雜，卷曲成5cm±0.5cm的麻把，備用。
(二)化學(xué)預(yù)處理 按原麻干重1∶10-15的比例配制Na2CO3溶液，Na2CO3用量為原麻干重的2.0％±0.25％，多聚磷酸鈉用量為原麻干量的0.5％±0.1％；然后，將原麻浸泡在Na2CO3溶液沸煮1.0h±0.5h；最后，用水沖洗麻中殘留的Na2CO3溶液即可。
(三)酶液配制 將果膠酶與木聚糖酶按1∶3-5的配比混勻，加水稀釋20倍(使果膠酶濃度為5％，木聚糖酶濃度15％-25％)，再加入1.5‰±0.5‰的甘油(穩(wěn)定劑)，用HCl或NaOH調(diào)pH值5.0~6.0，加溫至45℃±5℃。
(四)酶液浸泡 按1∶5-10的比例(原麻干重對(duì)水的重量)，將經(jīng)預(yù)處理后的原麻浸泡于酶液中處理20min-40min，使麻的含水率達(dá)到65％±5％即可。
(五)超臨界CO2介質(zhì)中酶處理 將吸附酶液的苧麻材料置于2L的高壓反應(yīng)反應(yīng)釜中，加溫至45℃±5℃，用CO2介質(zhì)加壓至8MPa-10MPa處理2.0h±0.5h。
(六)漂白 H2O2量為處理纖維重量的15％-25％，NaOH量為處理纖維重量的2.0％±0.5％，控制浴比1∶10-15，溫度95-100℃，處理時(shí)間20min-40min。
(七)拷麻、洗麻、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干 按常規(guī)工藝進(jìn)行。
五、實(shí)施例(一)技術(shù)方案本發(fā)明擬采用的技術(shù)方案包括備料、化學(xué)預(yù)處理、酶液配制、酶液浸泡、超臨界CO2介質(zhì)中酶處理、拷麻、洗麻、漂白、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干等工序。
實(shí)施例11、備料 將原麻除雜，卷曲成5cm±0.5cm的麻把，備用。
2、化學(xué)預(yù)處理 按原麻干重1∶10的比例配制Na2CO3溶液，Na2CO3用量為原麻干重的1.5％，多聚磷酸鈉用量為原麻干量的0.5％±0.1％；然后，將原麻浸泡在Na2CO3溶液沸煮0.5h；最后，用水沖洗麻中殘留的Na2CO3溶液即可。
3、酶液配制 將活性2000IU/ml的果膠酶和5000IU/ml木聚糖酶按1∶3的配比混勻，加水稀釋20倍(使果膠酶濃度為5％，木聚糖酶濃度15％)，再加入1.0‰的甘油，用HCl或NaOH調(diào)pH值5.0-6.0，加溫至45℃±5℃。
4、酶液浸泡 按1∶5的比例(原麻干重對(duì)水的重量)，將經(jīng)預(yù)處理后的原麻浸泡于酶液中處理20min-40min。
5、超臨界CO2介質(zhì)中酶處理 將吸附酶液的苧麻材料置于2L的高壓反應(yīng)反應(yīng)釜中，加溫至45℃±5℃，用CO2介質(zhì)加壓至8MPa處理1.5h。
6、漂白 H2O2量為處理纖維重量的15％，NaOH量為處理纖維重量的1.5％，控制浴比1∶10，溫度95-100℃，處理時(shí)間20min。
7、拷麻、洗麻、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干 按常規(guī)工藝進(jìn)行。
實(shí)施例21、備料 將原麻除雜，卷曲成5cm±0.5cm的麻把，備用。
2、化學(xué)預(yù)處理 按原麻干重1∶15的比例配制Na2CO3溶液，Na2CO3用量為原麻干重的2.25％，多聚磷酸鈉用量為原麻干量的0.5％±0.1％；然后，將原麻浸泡在Na2CO3溶液沸煮1.5h；最后，用水沖洗麻中殘留的Na2CO3溶液即可。
3、酶液配制 將活性2240IU/ml的果膠酶和5150IU/ml的木聚糖酶按1∶5的配比混勻，加水稀釋20倍(使果膠酶濃度為5％，木聚糖酶濃度25％)，再加入2.0‰的甘油，用HCl或NaOH調(diào)pH值5.0-6.0，加溫至45℃±5℃。
4、酶液浸泡 按1∶10的比例(原麻干重對(duì)水的重量)，將經(jīng)預(yù)處理后的原麻浸泡于酶液中處理20min-40min即可。
5、超臨界CO2介質(zhì)中酶處理 將吸附酶液的苧麻材料置于2L的高壓反應(yīng)反應(yīng)釜中，加溫至45℃±5℃，用CO2介質(zhì)加壓至10MPa處理2.5h。
6、漂白 H2O2量為處理纖維重量的25％，NaOH量為處理纖維重量的2.5％，控制浴比1∶15，溫度95~100℃，處理時(shí)間40min。
7、拷麻、洗麻、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干 按常規(guī)工藝進(jìn)行。
實(shí)施例31、備料 將原麻除雜，卷曲成5cm±0.5cm的麻把，備用。
2、化學(xué)預(yù)處理 按原麻干重1∶12.5的比例配制Na2CO3溶液，Na2CO3用量為原麻干重的1.875％，多聚磷酸鈉用量為原麻干量的0.4％±0.1％；然后，將原麻浸泡在Na2CO3溶液沸煮1.0h；最后，用水沖洗麻中殘留的Na2CO3溶液即可。
3、酶液配制 將活性2000IU/ml的果膠酶和5000IU/ml木聚糖酶按1∶4的配比混勻，加水稀釋20倍(使果膠酶濃度為5％，木聚糖酶濃度20％)，再加入1.0‰的甘油，用HCl或NaOH調(diào)pH值5.0～6.0，加溫至45℃±5℃。
4、酶液浸泡 按1∶7.5的比例(原麻干重對(duì)水的重量)，將經(jīng)預(yù)處理后的原麻浸泡于酶液中處理20min-40min。
5、超臨界CO2介質(zhì)中酶處理 將吸附酶液的苧麻材料置于2L的高壓反應(yīng)反應(yīng)釜中，加溫至45℃±5℃，用CO2介質(zhì)加壓至9MPa處理2.0h。
6、漂白 H2O2量為處理纖維重量的20％，NaOH量為處理纖維重量的2.0％，控制浴比1∶12.5，溫度95-100℃，處理時(shí)間30min。
7、拷麻、洗麻、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干 按常規(guī)工藝進(jìn)行。
(二)實(shí)施效果本發(fā)明采用50g、500g和2kg原麻的規(guī)模實(shí)施上述工藝流程，實(shí)施結(jié)果表明，本技術(shù)能將不同品種、不同等級(jí)的原麻加工成潔白柔軟的精干麻。脫膠制成率穩(wěn)定在70％-75％之間，脫膠周期在8h以?xún)?nèi)，單纖維強(qiáng)力在4.2g/D-4.7g/D。與常規(guī)方法相比，具有處理時(shí)間短、均勻，品質(zhì)好、污染輕等特點(diǎn)。解決常規(guī)化學(xué)脫膠工藝存在的環(huán)境污染重、出麻率低和品質(zhì)差等問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種超臨界CO2介質(zhì)中酶法提取苧麻纖維的方法，其特征在于采用Na2CO3進(jìn)行預(yù)處理后，在超臨界CO2條件下進(jìn)行果膠酶和木聚糖酶催化反應(yīng)提取苧麻纖維，利用H2O2進(jìn)行漂白。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界CO2介質(zhì)中酶法提取苧麻纖維的方法，其特征在于工藝流程包括原麻準(zhǔn)備(備料)、預(yù)處理、酶液配制、酶液浸泡、超臨界CO2酶處理、拷麻、洗麻、漂白、洗麻、脫水、給油、脫油水、抖麻和烘干等工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界CO2介質(zhì)中酶法提取苧麻纖維的方法，其特征在于預(yù)處理時(shí)加入的Na2CO3量為原麻重量的2.0％±0.25％，多聚磷酸鈉量為原麻重量的0.4％-0.6％，浴比1∶10-15，Na2CO3溶液沸煮1.0h±0.5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界CO2介質(zhì)中酶法提取苧麻纖維的方法，其特征在于酶液配制時(shí)果膠酶與木聚糖酶的配比1∶3-5，果膠酶濃度5％，木聚糖酶濃度15％-25％，甘油(穩(wěn)定劑)濃度1.5‰±0.5‰，pH值5.0-6.0，溫度45℃±5℃；酶液浸泡時(shí)浴比為1∶5-10，浸泡時(shí)間20min-40min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界CO2介質(zhì)中酶法提取苧麻纖維的方法，其特征在于CO2超臨界條件下進(jìn)行果膠酶和木聚糖酶催化反應(yīng)的溫度45℃±5℃，CO2壓力為8MPa-10MPa，反應(yīng)時(shí)間2.0h±0.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2超臨界酶法提取苧麻纖維技術(shù)，其特征在于漂白時(shí)加入的H2O2量為處理纖維重量的15％-25％，NaOH量為處理纖維重量的2.0％±0.5％，控制浴比1∶10-15，溫度95-100℃，處理時(shí)間20min-40min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的CO2超臨界酶法提取苧麻纖維技術(shù)，其特征在于加入的果膠酶活性＞2000IU/ml，木聚糖酶活性＞5000IU/ml。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超臨界CO
文檔編號(hào)D01C1/02GK1955346SQ200510118278
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者熊和平, 彭源德, 劉昭鐵, 唐守偉, 劉正初, 楊喜愛(ài), 嚴(yán)理, 高子偉, 胡陵 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所, 陜西師范大學(xué)