香蕉莖稈制造紙漿工藝研究

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hm2，產(chǎn)量達(dá)200萬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，且無需高壓蒸煮；第四，無污染，試驗(yàn)過程中使用無污染的過氧化氫溶液，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)建議用無氯漂白或少氯漂白[9-11]，過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。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維，而濃度過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.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營(yíng)養(yǎng)成分的分析[J].湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養(yǎng)豬實(shí)驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產(chǎn)菌蛋白飼料添加劑技術(shù)和產(chǎn)品喂雞實(shí)

驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實(shí)驗(yàn)[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學(xué)，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國(guó)麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國(guó)英.竹纖維的利用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（8）：1578-1579.

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。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維，而濃度過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.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營(yíng)養(yǎng)成分的分析[J].湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養(yǎng)豬實(shí)驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產(chǎn)菌蛋白飼料添加劑技術(shù)和產(chǎn)品喂雞實(shí)

驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實(shí)驗(yàn)[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學(xué)，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國(guó)麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國(guó)英.竹纖維的利用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（8）：1578-1579.

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。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時(shí)會(huì)破壞一部分纖維，而濃度過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.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營(yíng)養(yǎng)成分的分析[J].湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養(yǎng)豬實(shí)驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產(chǎn)菌蛋白飼料添加劑技術(shù)和產(chǎn)品喂雞實(shí)

驗(yàn)[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實(shí)驗(yàn)[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學(xué)，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國(guó)麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國(guó)英.竹纖維的利用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（8）：1578-1579.