大豆蛋白在纤维碱渣脱水处理中的应用



大豆蛋白在纤维碱渣脱水处理中的应用

对于产生大量纤维碱渣的纸厂，往往需要采用挤压或使用絮凝剂的方法对碱渣脱水，以压缩碱渣体积后再外运。该文介绍了使用大豆蛋白部分取代絮凝剂来提高碱渣脱水量的试验；试验表明，使用大豆添加剂处理碱渣，不仅降低了纸厂的生产成本，而且为环境保护带来了附加效益。

对于产生大量纤维碱渣的纸厂，占原料4%的碱渣的处理往往是个大问题：数百万吨的碱渣丢弃在纸厂大门前，接着是这些废弃物的外运和倾倒或焚烧。

这些碱渣如果先行脱水处理、压实成块再外运，就会降低运输成本，在垃圾填埋场，压实后的碱渣所占空间也会减少很多。

1　大豆蛋白应用于碱渣的脱水

碱渣中块状颗粒的增多是通过密集的挤压或使用絮凝剂以脱去其水分所致。所述的絮凝剂，如阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），中和碱渣微粒中的负电荷，降低了碱渣间的相互排斥力，使碱渣更易结块。

碱渣和大豆蛋白这2种物质的微粒都显负电荷，它们之间应该是互相排斥的，而不是结合到一起。然而结果出乎预料，有研究表明，在纸厂碱渣脱水时，大豆蛋白可以部分取代CPAM。这是因为：在pH为4.5左右时大豆蛋白的电位为负电荷，在脱水条件下，滤液基本上为中性；然而，大豆蛋白中含有足够数量的阳离子位点，可以结合碱渣中的阴离子位点。

在纤维或纤维碱渣脱水时，大豆蛋白可以增加块状颗粒的量，而且在价格上比当前使用的石油系聚合物更便宜。用可再生的大豆蛋白取代石油系聚合物，为环境提供了附加效益。

大豆蛋白可以在碱渣脱水时部分取代CPAM，这一结论得到大豆联合委员会（USB）的支持。10多年来，在大豆系产品中，USB成功地资助了许多产品的开发，其中包括以大豆原料为基础的新产品研发，如木材胶粘剂、塑料、泡沫、橡胶、润滑剂、大豆甲基酯、大豆基涂料及油墨。

2　纸厂大豆蛋白的脱水性能试验

纸厂大豆蛋白的脱水性能试验方法是：将碱渣与絮凝剂CPAM和未加工的大豆蛋白混合，并优化CPAM和大豆蛋白的剂量。该大豆蛋白在pH=10的水中搅拌成的大豆面粉，继而直接加入碱渣中。如果在制备大豆蛋白过程中，使用热水，则体系的pH会由原来的10下降到7.5。

图1所示为3家纸厂大豆蛋白的脱水性能试验结果（图中括号内的数据为添加量）。

图1　大豆蛋白的脱水性能试验结果

由图1可见：纸厂B，碱渣在脱水过程中无论是大豆蛋白和CPAM混合使用、还是单独使用CPAM时，均得到相同量的块状颗粒，但混合使用时CPAM的使用剂量较低，从而减少了成本费；纸厂P，在没有使用任何特定添加剂的条件下，反而获得更多的块状颗粒，大豆蛋白的应用效果非常好，表明大豆蛋白特别适合于这种类型的纸厂；纸厂W的试验结果和纸厂B相同，即得到更多的块状颗粒同时，大豆蛋白的添加减少了CPAM的使用剂量。

纸厂B进行大豆蛋白和CPAM混合使用试验时，成本费下降多少呢？2013年进行试验时，CPAM的市场价为4.80美元/kg，大豆蛋白的价格为0.66美元/kg。纸厂B在常规情况下，单独使用CPAM的化学品成本为2.64美元/t，而大豆蛋白和CPAM混合使用时的化学品成本为1.6美元/t，成本费减少了39%。纸厂W单独使用CPAM成本为17.28美元/t，而CPAM与大豆蛋白混用时为11.96美元/t，成本费减少30%。

3　结束语

（1）纸厂大豆蛋白的脱水性能试验表明，大豆蛋白对纤维或含有一些生物材料的碱渣脱水功效非常显著。

（2）该方法所使用的大豆价格与传统方法所使用的CPAM相比是非常便宜的，对于一些产生大量的纤维碱渣的纸厂而言，大豆类添加剂的使用不仅降低了纸厂的生产成本，而且为环境保护带来了附加效益，虽然环境保护产生的经济效益难以定量计算。

（3）大豆生长在世界的每个地方，其丰富的资源为该方法的推广和应用的可持续性提供了保证。

（张丙旭编译）