基本信息
- 项目名称：
- 年产3万吨级麻类纤维生物脱胶技术产业化应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 由于半纤维素、果胶和木质素等胶质胶结在原麻纤维外面，使得原麻中的纤维呈现坚固的片条状。因此，原麻在纺纱前必须“脱胶”，使其中的纤维相互分离，以满足纺纱要求。目前，麻纤维“脱胶”方法主要是化学法，导致了严重的环境污染问题。本项目在现代生物工程学的基础上，构建高效、规模化、低成本优势脱胶菌体系及其相应工业化生产过程。生产过程具有专一性强、作用条件温和、加工质量好、环境污染少和工艺简单等优点。
- 详细介绍：
- 麻是纺织原料之一，其品种主要有苎麻、亚麻、大麻、黄麻、罗布麻、剑麻、蕉麻、荨麻和苘麻等。麻纤维是从各种麻植物取得的纤维的统称，具有吸湿、透气、散热和抗菌等其他天然纤维无法比拟的优点。我国作为世界上麻类资源最丰富的国家之一，每年生产的麻纤维及其制品除满足国内市场的需求，还作为大宗商品出口美国、西欧及东南亚国家，2010年出口创汇近百亿美元。在国家节能减排政策和消费者回归自然、追求绿色的消费观念推动下，麻类纤维绿色加工技术和高档化产品开发成为纺织领域的研究热点。 麻纤维的主要组成为纤维素，此外还有较多的半纤维素、果胶和木质素等非纤维素物质，麻纺工业将这些非纤维素物质统称为胶质。由于半纤维素、果胶和木质素等非纤维素物质胶结在纤维素外面，使得原麻呈坚固的片条状。所以，原麻在纺纱前须“脱胶”除去这些胶质，以满足纺纱要求。目前，麻纺行业常用的“脱胶”方法主要是化学方法，即利用强酸强碱对原麻进行处理。化学脱胶工艺能耗大，设备损耗大、且排放的废水无法循环利用，污染问题严重。为从根本上解决麻行业的发展与环境保护之间的矛盾，中国纺织工业协会根据《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》编写了《纺织工业“十二五”科技进步纲要》（以下简称《纲要》），《纲要》要求在麻纺行业范围内加快研发和推广绿色环保技术，资源循环利用技术，高性能、高效率、节能减排的先进适用工艺、技术和装备，淘汰落后产能，全面完成国家下达的节能减排和淘汰落后任务，加快产业技术升级。进一步突破麻纤维机械脱胶和生物脱胶技术、开发生物酶及配套装备，提高脱胶效率和技术稳定性。重点推广麻快速脱胶、生物脱胶等环保脱胶技术，到2015年推广到全行业的25%，每年可节约煤约10%，减少废水排放15%。 本项目在现代生物工程学的基础上，构建高效、规模化、低成本优势脱胶菌体系及其相应工业化生产过程。本项目生产过程具有专一性强、作用条件温和、加工质量好、环境污染少和工艺简单等优点，对有效解决制约麻类相关高档产品开发中存在的诸多问题具有积极的推动作用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目将高效、清洁和节能型生物脱胶技术与设备应用于工业化生产中。生物脱胶技术主要是将脱胶菌株培养后接种到原麻上进行生化反应，利用对胶质有分解作用的菌株去除原麻内的胶质，从而将原麻加工成松散、柔软的麻纤维。 本项目主要工艺参数：温度、压力、搅拌转数全部实现自动控制。每班一人操作即可。所用脱胶菌种由自然界中筛选选出，历经长期脱胶实验研究，培养条件简单、专一性强、性能稳定。生产过程中需要控制的几个基本参数为：浴比1:20~1:25，发酵温度30~35℃，自然pH值，定时开动搅拌通氧，纤维分离时脱胶过程结束。生物处理后，采用环境友好型过氧化物进行处理，将菌种的“灭活”、“精炼”、“漂白”工序合为一个工序，进一步缩短工艺流程，减少水、电、煤和各种化学试剂的用量，以达到节能减排的目的。过氧化物处理的温度为80~100℃，时间为1~3小时，用量为原麻重量的4~8%。 本项目的创新点：本项目在现代生物工程学的基础上，构建高效、规模化、低成本优势脱胶菌体系及其相应工业化生产过程。生产过程具有专一性强、作用条件温和、加工质量好、环境污染少和工艺简单等优点，对有效解决制约麻类相关高档产品开发中存在的诸多问题具有积极的推动作用。
科学性、先进性
- 本项目与现有技术相比，先进性如下： 1、利用现代微生物工程和生物工艺学方法，从自然界中筛选高效、适宜工业化生产的脱胶优势菌群，将其应用于脱胶工艺体系中。 2、在对典型天然麻脱胶体系微生物群体特征、数量结构充分了解的基础上，构建工业级生物脱胶体系，实现工业化生产。 3、结合麻行业国家标准，使用环境友好型过氧化物，将生物脱胶工艺模型中的菌种“灭活”、“精炼”和“漂白”工艺“三合一”，进一步缩短工艺流程，优化生物脱胶工艺模型，为工业化应用提供理论支撑和技术支持。 实验表明，本技术具有生产成本低、产品制成率高、产品质量稳定性好、品质好和环境污染少等特点。由于使用环境友好型过氧化物对生物处理后的麻进行后处理，并将生物脱胶工艺中的“灭活”、“精炼”和“漂白”工艺“三合一”，故本项目脱胶技术与其他脱胶技术相比，脱胶时间缩短70%左右、出麻率提高5~6%、进入水体污染物减少40%以上；每加工1吨精干麻，可节约成本800元以上，社会经济效益十分显著。
获奖情况及鉴定结果
- 1.第十二届“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛上海选拔赛特等奖 2.申请发明专利6项（授权1项），专利保藏菌种8项，发表论文10篇 3.项目产业化应用证明1份 4.上海出入境检验检疫局纺织品检测中心检测报告2份 5.科技查新报告1份 （以上资料详细情况请参阅上传附件资料）
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 已与相关企业达成合作协议（专利技术转让）
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目与化学脱胶工艺相比，具有以下4点优势： 1、单位能耗降低44%左右，脱胶剂用量减少80%以上； 2、产品制成率提高5~6%，且大大改善纤维可纺性； 3、无机污染物和有机污染物的排放量分别减少70%和40%以上； 4、精梳梳成率提高5~6%，产品提高1~2个等级。 本技术既适用于麻产地兴建的新型企业，又适用于麻加工企业的技术改造。本项目组已与湖南沅江明星麻业有限公司进行合作。同化学工艺相比，本项目脱胶过程中不使用硫酸、氢氧化钠、硅酸钠等试剂，可减少90%的化工原料用量，减少60%的污染物总量，降低能耗和生产用水各50%，每吨产品降低成本800元以上，质量提高1~2个等级。将产能扩大到3万吨，相对于化学脱胶，每年可节约烧碱31800吨，硫酸3762吨，液氯900吨，蒸汽24万吨，节水1926万吨，生产每吨精干麻所产生的CODcr，将由370公斤下降到160公斤，社会经济效益显著，符合国家“十二五”规划的节能减排要求。
同类课题研究水平概述
- 本课题经国内“中国纺织文摘、中国期刊网CNKI、中文科技期刊数据库、万方数据库”和国外“EI 、SCI、TTD、WTA、CSA、PQDD、EBSCOhost、Science Direct (Elsevier)、Springer link、现代纺织信息参考平台”等数据库检索参考文献,对当前国内外同类课题研究水平进行分析。 国外相关研究方面，在1953年Chaudhury发现某些细菌(如：Clostridium, Bacillus等)和真菌(如：Aspergillus, Penicillium, Cladosporium等)具有脱胶能力后，陆续有学者对微生物脱胶进行深入研究。Di Candilo,Sangeeta和Tamburini等学者将果胶降解菌接种入天然沤麻池，提高了沤麻池的沤麻能力。然而沤麻属于早期的生物脱胶技术，这些研究者只是对其进行了改良。Rudrapatna和Ghosh等学者在实验室条件下进行了苎麻生物脱胶的初步探索，没有进行生物脱胶的工业化试验。其它学者则只是对生物脱胶菌种的菌群和生物学特征进行了研究。 国内相关研究方面，我国也有一些大学和科研单位在微生物脱胶方面进行了较多的基础研究。中国农业科学院麻类研究所的刘正初等学者对苎麻和亚麻生物脱胶技术及其设备进行了研究，他们初步建立了苎麻和亚麻生物脱胶工艺的理论模型并进行了一定的实验。然而其生物脱胶工艺不能满足工厂的生产标准，还需要一道传统化学脱胶煮漂工序才能达到要求，而本技术采用过氧化物三合一灭活工艺后，纤维性能技术指标已经达到工业生产的要求。其他学者如齐齐哈尔大学的郑喜群，大连工业大学的薛卫巍和郑来久，以及武汉大学的曹军卫也在大麻和罗布麻等麻类生物脱胶工艺上进行了研究，不过目前都处于实验室阶段。 综上可以发现，微生物脱胶研究方面，国外学者目前仍聚焦于通过添加微生物菌种来改善天然沤麻方法的脱胶能力；而国内研究还处于实验室阶段或中试阶段，生产流程不完善，无法满足工业生产的要求。 本发明主要内容为：在麻类生物脱胶的现代生物工程学机理解析基础上，构建麻类植物脱胶专用菌种的高效、规模化和低成本制备和相关脱胶工艺。本课题具有专一性强、作用条件温和、加工质量好、环境污染轻和工艺简单等优点，对有效解决制约麻类相关产品高档开发的诸多问题具有积极的推动作用。
