苎麻纤维原位生物脱胶制造技术研究与应用

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传统苎麻纤维制造大多采用化学法脱胶,大量使用强酸、强碱等化学品,并采用高温高压处理,导致纤维受损品质不高,尤其是高浓度废水量大、难处理。因此,研究开发苎麻纤维生物脱胶技术是目前的研究重点和热点,目前研发的生物脱胶法还普遍存在效率低、不稳定且成本较高等不足。针对苎麻纤维制造行业的突出问题,本文开展了苎麻纤维生物脱胶制造技术的系统研究,包括分析苎麻韧皮纤维组成及其与脱胶酶的相互作用、选育优势脱胶菌株、建立脱胶菌扩大培养技术,研究苎麻韧皮纤维原位生物脱胶技术及其脱胶过程机理等,以期建立苎麻纤维生物脱胶制造技术,并通过工业应用实践,实现苎麻纤维的清洁生产。取得的主要研究结果如下:(1)选育获得优势脱胶菌株。通过分析苎麻韧皮纤维胶质成分及其与脱胶酶的相互作用,建立了脱胶优势菌株的筛选策略,获得系列优势脱胶菌株,并进一步通过理化诱变选育获得一株高效脱胶菌株,经鉴定命名为Bacillus sp. HG-28.(2)研究建立了工业应用规模的芽孢杆菌HG-28种子扩大培养技术及工艺。优化了种子培养基组成为:30g/L葡萄糖、20g/L (NH4)2SO4、30g/L黄豆饼粉、8g/LNaCl、0.2g/LK2HPO4和0.1g/LMgSO4;培养条件为:温度36℃、初始pH7.5、转速180r/min;接种量为6%(V/V)时,两级种子罐扩大培养时间分别为4.5和6h,获得菌体密度为1.85×l010CFU/mL。(3)研究建立了工业应用规模的生物脱胶预处理技术及工艺。探索了溶剂、超声、机械碾压和高压湿热四种处理方式对苎麻韧皮纤维除杂率、杂菌及麻壳含量、纤维分散性等指标的影响,发现机械碾压联合高压湿热处理能显著提高后续原位生物脱胶效果,并优化建立了预处理工艺为:先经3次每次4s的机械碾压再经压强1.2×105Pa持续15min的高压湿热处理。该优化工艺处理后的韧皮除杂率为3.96%,杂菌和麻壳都已完全除去,且纤维分散性高。(4)创建了苎麻韧皮纤维原位生物脱胶技术及工艺。研发了促进原位脱胶过程菌液均匀化的新型生物脱胶罐,并对原位生物脱胶过程中菌株生长特性、脱胶酶活、胶质成分组成及其含量的变化进行了动态分析,揭示了生物脱胶过程机制。并优化了原位生物脱胶工艺为:接种量10%、料液浴比1:12、温度35℃、初始pH7.6、工况通气量50m3/h。(5)研究建立了生物脱胶废水分段处理及循环利用技术及工艺。通过分析脱胶过程各工段的废水特性,确定生物脱胶后的碱梳理废水可循环使用2次,拷打工段废水循环使用15次后排至终端水处理装置;漂洗段废水循环使用3次后经处理后,可重复投入生物脱胶后的碱梳理工段及拷打段利用。以上研究结果在7t罐进行了生产性试验,生物脱胶的废水总量仅为化学脱胶的28.4%。(6)建立了苎麻纤维原位生物脱胶制造技术体系及工艺,经工业应用实践,结果表明,获得苎麻精干麻产品残胶率为1.81%,束纤维断裂强度达到5.09cN、dtex;与化学脱胶相比,生物脱胶使用的化学品、水和燃煤分别减少了90%、65%和64%,脱胶废水COD只有化学脱胶的13.2%,显示出了良好的环境友好性,且显著降低了生产成本,为替代传统化学脱胶提供了理论和实践支撑。
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