李亞輝 雷以超

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640)

·蔗渣堿抽提·

蔗渣堿抽提半纖維素及蒸煮的工藝研究

李亞輝 雷以超*

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640)

蔗渣含有豐富的半纖維素，制漿過程中，大部分半纖維素溶解到黑液中，為了提高這部分半纖維素的應(yīng)用價(jià)值，本研究對蔗渣采用冷堿抽提半纖維素并進(jìn)行低固形物蒸煮，探索合適的抽提蔗渣半纖維素的工藝。結(jié)果表明，當(dāng)堿濃度在40～200 g/L，液比8∶1，抽提時(shí)間1 h，半纖維素的抽提率先隨堿濃的提高而增加，當(dāng)堿濃度在100 g/L時(shí)，半纖維素抽提率達(dá)到最大，隨后開始緩慢下降。在抽提過程中，堿的消耗也隨著半纖維素抽出的增加而增加；在總用堿量保持不變的情況下，堿濃度40～60 g/L抽提后蒸煮得率與傳統(tǒng)蒸煮方法相比稍有下降，漿料中半纖維素含量也稍有下降，堿濃度80～100 g/L抽提后蒸煮得率有明顯下降，并且漿料中半纖維素的含量很低；堿濃度60 g/L抽提后蒸煮的脫木素效率提高，在堿濃度80～100 g/L抽提時(shí)，因蒸煮用堿不夠，蒸煮脫木素效率下降。為保障蔗渣漿的質(zhì)量，可采用堿濃度40～60 g/L在蒸煮前抽提半纖維素。

蔗渣；半纖維素；堿抽提；蒸煮

蔗渣含有約30%的半纖維素，但在制漿過程中半纖維素有近70%溶解到蒸煮黑液中，這部分溶解的半纖維素會導(dǎo)致黑液的黏度增加，增加黑液提取的能量消耗和用水量，黑液在蒸發(fā)階段容易造成蒸發(fā)器結(jié)垢，濃縮后黑液的固含量不高，由于半纖維素的燃燒熱值只有木素的1/2，堿回收爐熱效率低；另外，溶解的半纖維素在高溫蒸煮過程中，會降解成異變糖酸，加大蒸煮用堿的消耗。

國內(nèi)外很多科研工作者對在蒸煮之前抽提半纖維素[1]進(jìn)行了系列研究，在不影響原有制漿的情況下抽提半纖維素，抽提出的半纖維素可以作為今后生物能源、生物化學(xué)品的原料，或用于食品、醫(yī)藥和造紙的添加劑[2-3]。

在酸性環(huán)境下抽提半纖維素再制漿[4]，這種方法雖然能有效地分離半纖維素，但纖維素同時(shí)也會發(fā)生水解，配糖鍵的斷裂導(dǎo)致纖維素聚合度下降，影響了纖維之間的結(jié)合，進(jìn)而嚴(yán)重影響紙漿的強(qiáng)度性能，因此只適合于溶解漿的生產(chǎn)；另外由于水解是在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，設(shè)備的防腐要求很高，水解后半纖維素降解嚴(yán)重，副產(chǎn)品多，半纖維素的回收困難，廢液的處理也很困難。

熱水抽提半纖維素再制漿[5- 6]。熱水抽提半纖維素的溫度一般要求較高(150℃以上)，要想得到較高的半纖維素抽提率，則需要較長的抽提時(shí)間，抽提所得的半纖維素聚合度較低，導(dǎo)致對其進(jìn)行濃縮分離比較困難，由于是在酸性條件下，纖維素也會有不同程度的降解，另外木素的縮合比較嚴(yán)重，制漿得率和紙張強(qiáng)度會明顯下降。

中性條件下抽提半纖維素再制漿[7]。該方法為了克服酸性環(huán)境下抽提半纖維素造成的缺陷，在傳統(tǒng)的硫酸鹽法制漿之前，用綠液對木材進(jìn)行半纖維素抽提。這種方法半纖維素的抽提量比較有限，因?yàn)榘肜w維素在中性條件下溶解度很有限，只有聚合度很低的半纖維素才能溶解出來，如果要提高半纖維素的抽提量，必須提高抽提溫度和時(shí)間，但半纖維素很不穩(wěn)定，若抽提條件過于激烈，會導(dǎo)致半纖維素的進(jìn)一步降解，另外在中性條件和高溫下，木素的溶出會很多，抽提液中木素的分離比較困難，也不利于半纖維素的綜合利用，但該方法在制漿得率和紙漿強(qiáng)度方面比酸性環(huán)境好。

堿性條件下抽提半纖維素再制漿[8-11]。植物中半纖維素的聚合度分布范圍很寬(50～300)[12]，聚合度低于150以下的半纖維素可以溶解在10%NaOH溶液中，在蒸煮的前期，即預(yù)浸漬階段，有大量半纖維素溶解在蒸煮堿液中，所以現(xiàn)代化蒸煮工藝都及時(shí)將這部分溶解物質(zhì)抽提出來，也就是所謂的低固形物蒸煮，但目前的低固形物蒸煮預(yù)浸漬溫度都在130℃左右，有大量木素溶出，半纖維素也發(fā)生不同程度的降解，這種抽提液不利于半纖維素的分離和應(yīng)用，最后還是隨著黑液被燒掉。按照生物質(zhì)精煉的理論，國外的科研工作者就采用NaOH或者蒸煮白液(NaOH和Na2S)在比較溫和(<90℃)的條件下抽提半纖維素并制漿。研究結(jié)果表明，堿性條件下抽提所得的半纖維素的聚合度相比熱水抽提要高得多，并且對后續(xù)制漿得率和紙漿強(qiáng)度性能影響較小。國外的研究主要集中在木材原料上[7- 8]，雖說也有對麥草原料進(jìn)行的研究[9-11]，如采用酸中和抽提液再沉淀半纖維素；又如對原料進(jìn)行粉碎，然后用稀堿預(yù)抽提，對抽提物用酶水解，純化產(chǎn)物。國內(nèi)外還沒有蔗渣堿抽提半纖維素再制漿的報(bào)道。

以上抽提植物半纖維素再制漿的研究很多都基于木材原料，由于木材質(zhì)密，必須在加熱的狀態(tài)下半纖維素才能快速溶出。對于蔗渣無論是在堿性還是在近中性的條件下，加熱必將使蔗渣木素大量溶出，因?yàn)檎嵩拇罅棵撃舅仉A段從低溫就開始了，所以要想有效地抽提蔗渣半纖維素，就不能加熱。本研究對蔗渣采用冷堿抽提半纖維素并進(jìn)行低固形物蒸煮，對蔗渣蒸煮制漿影響不大的前提下，探索合適的抽提蔗渣半纖維素的工藝。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1原料與藥品

蔗渣取自廣西某蔗渣漿廠，原料從濕法備料場取出曬干，先用Φ2 mm的孔篩徹底除髓，然后置于密封的塑料桶中平衡水分24 h以上，測水分后按照一定質(zhì)量稱量裝袋備用。用于抽提半纖維素和制漿的化學(xué)藥品(NaOH，AQ)都是從化學(xué)試劑公司采購的分析純制劑。

1.2蔗渣抽提工藝探索

堿抽提工藝設(shè)置：①溫度，室溫(20～30℃，一般默認(rèn)為25℃)；②堿濃，0～200 g/L，由于常溫下半纖維素在堿中的溶解與堿的濃度有關(guān)，與用堿量沒有多大關(guān)系，所以在堿抽提階段用堿的濃度表示，更合理一些；③液比，(5～20)∶1；④時(shí)間，15～90 min。

1.3蔗渣半纖維素的抽提

用濃度為40～200 g/L的NaOH溶液對一定質(zhì)量的蔗渣在室溫下(25℃)抽提1 h，液比8∶1，抽提過程中每隔5 min攪拌蔗渣原料和抽提液，使其混合均勻。抽提結(jié)束后，盡量將蔗渣原料中的抽提液進(jìn)行分離，剩余的蔗渣進(jìn)行洗滌，直到洗滌水用pH計(jì)測量呈中性，然后計(jì)算抽提時(shí)消耗的堿量，根據(jù)蒸煮液比5.5∶1添加適當(dāng)?shù)膲A和用量0.1%的蒽醌進(jìn)行蒸煮；抽提液進(jìn)行后續(xù)的半纖維素分離實(shí)驗(yàn)。

1.4蔗渣的蒸煮

蔗渣的蒸煮在實(shí)驗(yàn)室電熱回轉(zhuǎn)蒸煮鍋中進(jìn)行，蒸煮分別采用燒堿-AQ法和低固形物蒸煮法[13]，燒堿-AQ法直接將原料、AQ和NaOH混合后進(jìn)行蒸煮[14]；低固形物蒸煮采用先抽提半纖維素(見實(shí)驗(yàn)1.3)，然后將分離完抽提液并且洗凈的蔗渣進(jìn)行燒堿-AQ法蒸煮，蒸煮工藝與燒堿-AQ法一樣，但蒸煮用堿量應(yīng)減去抽提時(shí)消耗的堿，蒸煮結(jié)束后將漿料洗干凈，用0.15 mm的縫篩進(jìn)行篩漿，測量紙漿的粗漿得率、粗渣率、細(xì)漿得率、黑液殘堿[15]、細(xì)漿卡伯值[16]。

1.5紙漿主要化學(xué)成分分析

測定紙漿的綜纖維素含量[17]，硝酸纖維素含量[17]，半纖維素含量用綜纖維素含量減去硝酸纖維素含量來表示。

2 結(jié)果與討論

2.1蔗渣抽提工藝

2.1.1抽提堿濃度對蔗渣抽提率的影響

在強(qiáng)堿性條件下，蔗渣抽提出的主要物質(zhì)是半纖維素和木素，由于蔗渣半纖維素含有乙酰基和糖醛酸基，這些基團(tuán)會與堿發(fā)生中和反應(yīng)，消耗堿；即使在低溫堿性條件下，木素酚型的α-醚鍵會發(fā)生斷裂，導(dǎo)致木素的降解，小分子的酚型木素也會直接溶解在堿溶液中；在強(qiáng)堿性條件下，各種糖分子上的羥基呈酸性，特別是非結(jié)晶的半纖維素分子中的羥基，能與NaOH進(jìn)行反應(yīng)，并增加在堿溶液中的溶解性能，聚合度越低的半纖維素在堿溶液中的溶解度越高。

圖1為蔗渣抽提率隨抽提堿濃度的變化。

圖1 蔗渣抽提率隨抽提堿濃度的變化

圖1結(jié)果表明，隨著抽提堿濃度的增加，蔗渣抽提率快速增加，在100 g/L堿濃度時(shí)達(dá)到最大值，然后逐步緩慢下降；抽提后蔗渣仍然保持原有狀態(tài)，但目測可見蔗渣體積顯著降低，可增加后續(xù)蒸煮設(shè)備的裝鍋量，意味著可提高原有設(shè)備的產(chǎn)量；抽提后堿液濃度下降，抽提液顏色隨堿濃度的增加而變深。

2.1.2不同堿濃度抽提蔗渣時(shí)消耗的堿量

正如上面的分析，蔗渣原料含有很多酸性基團(tuán)，即使在常溫的情況下進(jìn)行堿抽提，也會消耗大量的堿，在傳統(tǒng)蒸煮中，蔗渣的蒸煮用堿量為18%(NaOH計(jì)，相當(dāng)于絕干蔗渣原料)。圖2為不同堿濃度抽提蔗渣時(shí)消耗的堿量。從圖2可知，常溫抽提階段，堿的消耗是傳統(tǒng)蒸煮用堿量1/2以上，并且堿的消耗隨著蔗渣抽提率的提高而增加，在抽提堿濃度為100 g/L時(shí)，達(dá)到最大值。蔗渣原料中的半纖維素和易溶的木素即使在常溫的情況下也會與堿反應(yīng)，隨著半纖維素溶出的增加，堿的消耗也會增加；另外部分被氧化的纖維素也會與堿發(fā)生反應(yīng)，消耗一定的堿。

圖2 不同堿濃度抽提蔗渣時(shí)消耗的堿量

選擇40 g/L到100 g/L之間的堿濃度進(jìn)行的抽提、蒸煮實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)研究100 g/L堿濃度對常溫下抽提蔗渣的影響。

2.1.3抽提時(shí)間對蔗渣抽提率的影響

圖3為蔗渣抽提率隨抽提時(shí)間的變化。

圖3 蔗渣抽提率隨抽提時(shí)間的變化

從圖3可知，隨著抽提時(shí)間的延長，蔗渣抽提率逐步提高，60 min以后，抽提率基本保持不變；抽提過程實(shí)際上是一個(gè)傳質(zhì)過程，首先堿液向蔗渣原料中滲透，然后是有機(jī)物溶解到滲透堿液中，溶解物質(zhì)再從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散，達(dá)到平衡后抽提率保持不變；由于蔗渣原料比較疏松，堿液向原料中擴(kuò)散很容易，所以抽提的時(shí)間主要取決于有機(jī)物溶出的時(shí)間；蔗渣含有28%的半纖維素[18]，常溫情況下，不是所有的半纖維素都能被抽提出來的，只有聚合度低于150的半纖維素才能溶解在100 g/L的堿溶液中[9]。因此，采用100 g/L堿濃度進(jìn)行抽提，抽提時(shí)間可控制在60 min。

2.1.4液比對蔗渣抽提率的影響

圖4為蔗渣抽提率隨液比的變化。

圖4 蔗渣抽提率隨液比的變化

從圖4可知，液比對蔗渣抽提率的影響不大，即使在很低的液比下(5∶1)，蔗渣的抽提率也有近16%，易溶的有機(jī)物基本都溶解在堿液中；由于蔗渣具有很強(qiáng)的吸液性，當(dāng)采用5∶1的液比時(shí)，絕大部分抽提液被蔗渣吸收，能夠分離出來的抽提液很少，隨著液比的增加，可分離的抽提液逐步增加，但半纖維素在抽提液中的濃度下降，不利于后續(xù)的半纖維素的超濾濃縮，采用8∶1的液比時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可分離的抽提液達(dá)到60%以上，具有可操作性，因而液比選定8∶1。

2.2蔗渣半纖維素的抽提

為了比較不同堿濃度抽提蔗渣半纖維素對后續(xù)制漿的影響，選擇堿濃度分別為40、60、80和100 g/L，液比8∶1，抽提時(shí)間1 h，在常溫下對蔗渣半纖維素進(jìn)行抽提，抽提后先分離抽提液，對抽提液的堿濃度進(jìn)行分析，并收集抽提液，留作超濾濃縮和半纖維素的分離用，抽提后蔗渣用自來水洗滌至中性，進(jìn)行蒸煮實(shí)驗(yàn)。

表1 抽提及蒸煮用堿分配和蒸煮結(jié)果

2.3蔗渣的低固形物蒸煮

低固形物蒸煮是奧斯龍機(jī)械公司于20世紀(jì)90年代初研究開發(fā)的蒸煮方法，實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)在蒸煮過程中，尤其是在大量脫木素階段，蒸煮液中固形物的存在會導(dǎo)致：①降低紙漿的黏度和撕裂強(qiáng)度；②增加白液消耗量；③降低紙漿可漂性；④降低未漂漿白度；⑤降低最終漂白漿的白度。溶出的固形物是指從木材中溶出并進(jìn)入到液相中的木素、纖維素、半纖維素、抽出物、金屬離子和礦物質(zhì)。低固形物蒸煮主要是為了減少大量脫木素階段和最終脫木素階段蒸煮液中溶解的固形物含量和濃度[18]。

抽提后的蔗渣在總用堿量為18%的情況下，減掉抽提時(shí)消耗的堿量，蒸煮液比5.5∶1，AQ用量0.1%進(jìn)行蒸煮實(shí)驗(yàn)。

2.3.1蒸煮工藝

方法：燒堿-AQ法；原料：80 g蔗渣；液比5.5∶1；AQ用量0.1%；保溫溫度160℃。升溫曲線如圖5所示。

圖5 蒸煮升溫曲線

2.3.2蒸煮結(jié)果

收集部分黑液測定殘堿，殘堿的測定方法按照北歐標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[15]，粗漿洗干凈后再送到平板篩漿機(jī)中進(jìn)行篩漿，篩縫0.15 mm，收集篩渣和細(xì)漿。

表1為抽提及蒸煮用堿分配和蒸煮結(jié)果。從表1可知，原料未經(jīng)抽提的傳統(tǒng)燒堿法蒸煮所得的細(xì)漿得率最高，為54.1%，與其相比，抽提后的蔗渣蒸煮得率均有不同程度的下降，當(dāng)抽提濃度為40 g/L時(shí)細(xì)漿得率53.6%，60 g/L的堿濃度抽提時(shí)細(xì)漿得率為53.2%，細(xì)漿得率與傳統(tǒng)燒堿法蒸煮的很接近，而當(dāng)抽提濃度達(dá)到100 g/L時(shí)，蒸煮得率下降較大，只有49.3%。由于100 g/L的堿濃度抽提時(shí)，蔗渣抽提率高達(dá)16.7%(見圖1)，有相當(dāng)高的半纖維素被抽出，導(dǎo)致最終得率下降較多。從制漿的角度來看，制漿得率是重要的指標(biāo)，高的半纖維素抽提率，意味著制漿得率的下降，因此在采用堿抽提半纖維素時(shí)，必須引起足夠的重視。

2.3.3蒸煮黑液的pH值

圖6 不同堿濃度抽提后蔗渣蒸煮黑液的pH值

圖6為不同堿濃度抽提后蔗渣蒸煮所得黑液的pH值。從圖6看出，在蒸煮工藝完全相同情況下，當(dāng)抽提堿濃度在60 g/L以下時(shí)，黑液的pH值與傳統(tǒng)蒸煮接近還略高一點(diǎn)，說明蒸煮黑液的殘堿還是合適的。當(dāng)抽提堿濃度高于80 g/L時(shí)，蒸煮后黑液pH值在11以下，按照國際通用的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)黑液pH值低于11.3時(shí)，殘堿為零[15]，蒸煮結(jié)束后必須保證一定的黑液殘堿，否則溶解的木素會重新沉淀出來。當(dāng)抽提堿濃度為80 g/L和100 g/L時(shí)，抽提階段耗堿較大，達(dá)到12%～13%(相對于絕干原料)用堿量，后續(xù)蒸煮的用堿量只有5%～6%，黑液pH值明顯偏低，說明后續(xù)蒸煮用堿量不夠，應(yīng)適當(dāng)增加用堿量。

2.3.4細(xì)漿卡伯值

圖7為不同堿濃度抽提后漿料的卡伯值。從圖7可知，在抽提堿濃度低于60 g/L時(shí)，蒸煮脫木素的效率優(yōu)于或接近于傳統(tǒng)蒸煮方法的，表現(xiàn)出紙漿卡伯值低于或接近于傳統(tǒng)方法紙漿卡伯值；當(dāng)抽提堿濃度大于80 g/L時(shí)，蒸煮脫木素的效率低于傳統(tǒng)蒸煮方法的，漿料的卡伯值增大。抽提過程中，隨著堿濃的增加，半纖維素的溶出增加，同時(shí)堿的消耗也增加，半纖維素的溶出，會增加原料細(xì)胞壁的空隙率，有利于后續(xù)蒸煮藥液的滲透和木素的脫除，同時(shí)半纖維素的溶出，還減少了半纖維素在高溫蒸煮過程中降解成異變糖酸消耗的堿，因此半纖維素的溶出有利于木素的脫除。但是在抽提過程中，隨著抽提堿濃的增加，堿的消耗也增加，最終導(dǎo)致后續(xù)蒸煮用堿的不夠，從而影響脫木素的效率。

圖7 不同堿濃度抽提后漿料的卡伯值

2.4漿料主要化學(xué)組分的變化

2.4.1漿料綜纖維素含量的對比

圖8 不同堿濃度抽提后蒸煮漿的綜纖維素含量

圖8為不同堿濃度抽提后蒸煮漿的綜纖維素含量。從圖8可知，堿濃度40 g/L抽提后蒸煮漿的綜纖維素含量與傳統(tǒng)蒸煮漿接近，堿濃度60 g/L抽提后蒸煮漿綜纖維素含量最高，相應(yīng)的堿濃度80 g/L和100 g/L抽提后蒸煮漿綜纖維素含量較低。綜纖維素是纖維素和半纖維素的總和，未漂漿中綜纖維素含量越高，意味著木素含量越低，相反，則木素含量越高。從漿中綜纖維素的含量可以看出，堿濃度60 g/L抽提后蒸煮脫木素的效率最高，這與前面紙漿的卡伯值相吻合，同樣堿濃度80 g/L和100 g/L抽提后蒸煮脫木素的效率較低，細(xì)漿卡伯值較高，說明木素含量高，所以綜纖維素含量也低。

2.4.2漿料纖維素含量的對比

圖9為不同堿濃度抽提后蒸煮漿的纖維素含量。從圖9可知，隨著抽提堿濃度的增加，漿料中纖維素含量明顯上升，抽提堿濃度為40 g/L時(shí)，漿料中纖維素的含量與傳統(tǒng)蒸煮漿接近；但抽提堿濃度為80 g/L和100 g/L時(shí)，纖維素含量達(dá)到92%以上，明顯高于傳統(tǒng)蒸煮漿；抽提堿濃度為60 g/L時(shí)，漿料中的纖維素含量略高于傳統(tǒng)蒸煮漿。在堿法蒸煮過程中，纖維素相對穩(wěn)定，而半纖維素則容易溶解和降解，導(dǎo)致半纖維素的損失較大，特別是經(jīng)過80 g/L以上濃度的強(qiáng)堿抽提再蒸煮，漿料中半纖維素的含量急劇下降，最后導(dǎo)致制漿得率下降，但漿料中纖維素的含量則明顯上升。

圖9 不同堿濃度抽提后蒸煮漿的纖維素含量

2.4.3漿料半纖維素含量的對比

圖10為不同堿濃度抽提后蒸煮漿的半纖維素含量。從圖10可知，堿抽提后再蒸煮制漿，所得漿料中半纖維素含量比傳統(tǒng)蒸煮漿的都低，其中，經(jīng)過堿濃度40 g/L和60 g/L抽提后蒸煮的漿料，半纖維含量略低于傳統(tǒng)蒸煮漿，但堿濃度80 g/L和100 g/L抽提后蒸煮漿的半纖維素含量大幅降低。造成上述情況的原因是，較低濃度的堿抽提，半纖維素的溶出有限，后續(xù)蒸煮過程仍然可保留相當(dāng)量的半纖維素；而采用堿濃度80 g/L和100 g/L來抽提蔗渣，在抽提階段已經(jīng)有大部分半纖維素被溶出，蔗渣原料經(jīng)過強(qiáng)堿性抽提處理后，可能使纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致半纖維素在后續(xù)蒸煮的過程中，更容易降解和溶出。在制漿過程中，半纖維素的存在不僅可以提高制漿得率，還有利于紙漿的打漿，有利于纖維的細(xì)纖維化，紙張干燥時(shí)有利于纖維的結(jié)合，從而提高紙張的強(qiáng)度，所以在制漿過程中要適當(dāng)保留紙漿中的半纖維素。因此，采用堿抽提再制漿時(shí)，應(yīng)避免采用 80～100 g/L高濃度的堿抽提，采用堿濃度40～60 g/L抽提后蒸煮，其制漿得率和紙漿化學(xué)組成與傳統(tǒng)蒸煮漿差別不大，某些制漿性能還有所改善。

圖10 不同堿濃度抽提后蒸煮漿的半纖維素含量

在0～100 g/L堿濃度范圍內(nèi)，隨著堿濃度的增加，半纖維素的抽提率也增加，正如前面分析所說，半纖維素的存在對制漿造紙還是有利的，所以在抽提半纖維素時(shí)，抽提堿濃度不易超過80 g/L。蔗渣具有很強(qiáng)的吸液性，采用小液比進(jìn)行抽提半纖維素，抽提液很難分離，即使采用8∶1的液比進(jìn)行抽提，在實(shí)驗(yàn)室中可分離的抽提液也只有60%左右，還有近40%的抽提液被蔗渣吸收，這是由于這些抽提液含有較多的堿和部分溶解的半纖維素。當(dāng)采用堿濃度40 g/L抽提時(shí)，分離完抽提液后的蔗渣所含的堿量已經(jīng)超過蒸煮所需的用堿量，所以必須對抽提蔗渣進(jìn)行洗滌，其目的一是降低蔗渣中的堿，二是洗滌出溶解的半纖維素，當(dāng)然這給實(shí)際生產(chǎn)帶來很大的設(shè)備投入和處理費(fèi)用；如果采用30 g/L以下堿濃度進(jìn)行抽提，則抽提后的蔗渣不用洗滌可直接進(jìn)行后續(xù)的蒸煮，但抽提的半纖維素比較有限，具體結(jié)果可參看參考文獻(xiàn)[18]。

3 結(jié) 論

3.1在常溫下，對蔗渣半纖維進(jìn)行堿抽提，隨著抽提堿濃度的增加，蔗渣半纖維抽提率快速增加，在100 g/L堿濃度時(shí)達(dá)到最大值，然后隨著抽提堿濃度的增加，抽提率開始下降；抽提過程中，堿的消耗隨著蔗渣半纖維抽提率的提高而增加，在抽提堿濃度為100 g/L時(shí)，達(dá)到最大值。

3.2采用100 g/L堿濃度抽提蔗渣，隨著抽提時(shí)間的延長，蔗渣抽提率逐步提高，60 min后，抽提率基本保持不變；60 min的抽提時(shí)間內(nèi)，抽提液比對蔗渣抽提率影響不大。

3.3抽提后蔗渣蒸煮，制漿得率與傳統(tǒng)蒸煮相比均有不同程度的下降，當(dāng)抽提堿濃度在40～60 g/L時(shí)，制漿得率與傳統(tǒng)蒸煮接近，而當(dāng)抽提堿濃度在80～100 g/L時(shí)，蒸煮得率下降較大；在相同的總用堿量和蒸煮工藝下，抽提堿濃度為60 g/L時(shí)，蒸煮脫木素的效率優(yōu)于傳統(tǒng)蒸煮方法，而抽提堿濃度大于80 g/L時(shí)，蒸煮脫木素的效率低于傳統(tǒng)蒸煮方法。

3.4在堿濃度60 g/L、常溫、液比8∶1、抽提1 h條件下抽提，可以抽提出蔗渣中部分半纖維素，而且對后續(xù)的蒸煮制漿有利，工藝可行。

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(責(zé)任編輯：常 青)

StudyontheExtractionofHemicellulosefromBagassebyAlkaliSolutionandSubsequentCooking

LI Ya-hui LEI Yi-chao*

(StateKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510640)

Bagasse contains rich hemicelluloses. Most of hemicelluloses were dissolved in black liquor during pulping. In order to improve the application value of this part of hemicelluloses, hemicelluloses were extracted by sodium hydroxide solution at room temperature prior to alkaline pulping. When the alkali concentration of 40～200 g/L, liquor to bagasse ratio of 8∶1 and extraction time of 1 h were applied, the extraction yield of hemicelluloses first increased with increasing alkali concentration. At the alkali concentration of 100 g/L, the hemicelluloses extraction yield reached its maximum value and then declined slowly with increasing alkali concentration. During extraction, the consumption of alkali increased with increasing extraction yield of hemicelluloses. If keeping the total alkali dosage constant, when the alkali concentration of 40～60 g/L was used, the pulping yield decreased a little, the content of hemicelluloses in pulp also decreased a little compared with traditional pulping. However, with the alkali concentration of 80～100 g/L, the pulping yield decreased sharply, it was found the content of hemicelluloses in pulp was very low. The delignification efficiency was improved after extraction with alkali concentration of 60 g/L, but decreased as the alkali concentration of 80～100 g/L because of the insufficiency of alkali dosage. In order to guarantee the quality of the bagasse pulp, it was recommended to extract hemicelluloses from bagasse prior to cooking with alkali concentration of 40～60 g/L.

bagasse; hemicellulose; alkali extraction; cooking

李亞輝女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：基于化學(xué)漿廠的生物質(zhì)精煉。

TS743

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.002

2017- 04- 25(修改稿)

華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主創(chuàng)新研究基金(2015C06)。

*通信作者：雷以超，高級工程師；主要研究方向：植物生物質(zhì)精煉、非木材纖維制漿造紙、特種工業(yè)用紙。

(*E-mail: ppyclei@scut.edu.cn)