一種利用木質纖維素清潔制備纖維素的工藝的制作方法
【專利摘要】一種利用木質纖維素清潔制備纖維素的工藝屬于生物化工領域。該方法以農業木質纖維廢棄物為原料，進行酸蒸汽爆破預處理，去除半纖維素；將汽爆物料與有機溶劑，堿和水添加到高壓反應釜中，有機溶劑濃度為40～90％，堿添加量占汽爆物料的0.01～0.2％，升溫至80～280℃，在此溫度下反應1～5h,反應結束后降溫，過濾得到弱堿有機溶劑物料；通過過氧化氫催化碳酸酯產過氧酸處理弱堿有機溶劑物料，每克物料添加0.1～0.4mol的過氧化氫，物料濃度為10～100g/L，溫度50～90℃，處理0.5～3h,過濾水洗得到纖維素。本發明工藝將汽爆、弱堿、有機溶劑和過氧化氫催化碳酸酯產過氧酸結合起來，整個工藝方法清潔環保，經濟可行。
【專利說明】
一種利用木質纖維素清潔制備纖維素的工藝
技術領域
[0001]本發明屬于生物化工領域，涉及一種利用農業木質纖維廢棄物清潔制備高純度纖維素的方法。
【背景技術】
[0002]纖維素是生物質原料的主要組成成分之一，占40%左右，是一種自然界儲量最豐富的可再生的、可生物降解的天然高分子聚合物。
[0003]纖維素應用廣泛，以分離純化的纖維素為原料，可以制備酯類衍生物和醚類衍生物，可用于石油鉆井，食品，陶瓷釉料，日用化工，石墨制品，涂料等。另外，也可用做建筑材料，如干粉砂漿建材，內外墻耐水膩子粉，粘結劑，填縫劑等。工業上制備纖維素的方法是亞硫酸鹽法和堿法，這兩種方法分別需要使用大量的亞硫酸鹽和高濃度的堿溶液，環境污染嚴重且后期水處理困難。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種綠色環保的利用農業木質纖維廢棄物制備纖維素的方法，包括以下步驟:
[0005]制備纖維素的清潔方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)以農業木質纖維廢棄物為原料，按照固體原料與液體的質量比為1:1?1:6加入質量濃度為0.1 %?I %的酸溶液，在25?80 °C放置I?10小時，壓濾排出沒有被吸收的酸溶液，得到經酸預處理的物料；
(2)將步驟(I)所述經酸預處理的物料輸送至蒸汽爆破機，將0.4?2.0MPa的蒸汽通入到蒸汽爆破機的滯留器筒體，物料在滯留器筒體內停留5?40min，將物料推送至滯留器筒體尾部噴爆裝置，打開氣動球閥，使壓力降至一個標準大氣壓，得到蒸汽爆破物料；
(3)將步驟(2)所述蒸汽爆破物料進行水洗，去除半纖維素的水解產物，烘干得到去除半纖維素的汽爆物料；
(4)將步驟(3)所述汽爆物料按照汽爆物料和混合體系質量比為1:20?1:5加入到混合體系中，該混合體系中有機溶劑體積百分比是40?90 %，堿的質量百分比含量為0.01?
0.2%，將高溫反應釜溫度升至80?280°C，反應時間是I?5小時，反應結束后過濾，30?600C烘干得到弱堿有機溶劑物料；
(5)將步驟(4)所述弱堿有機溶劑物料按照5?100g/L的物料濃度加入到碳酸酯中，每克弱堿有機溶劑物料再添加0.1?0.4mol的過氧化氫，在50?90 °C的溫度下處理0.5?3h,過濾水洗得到纖維素。
[0006]優選地，步驟(I)所述原料來源為玉米芯、玉米秸桿、甘蔗渣、棉桿、稻草桿、木薯酒糟中的一種或多種。
[0007]優選地，步驟(I)所述酸為硫酸、鹽酸、磷酸、草酸、乙酸、亞硫酸中的一種或多種。
[0008]優選地，步驟(3)所述的半纖維素的水解產物是木糖，阿拉伯糖，甘露糖，半乳糖，鼠李糖。
[0009]優選地，步驟(4)所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六環、甲酸、乙酸中的一種或多種。
[0010]優選地，步驟(4)所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化錢中的一種或幾種。
[0011]優選地，步驟(5)所述的碳酸酯為所有含碳酸酯官能團的試劑，如碳酸二甲酯，乙基碳酸酯，環己基碳酸酯等。
[0012]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:
[0013]1.本發明通過設計合理的工藝參數，使得整個工藝路線不僅適用于農業木質纖維廢棄物原料，還適用于非糧作物原料。
[0014]2.本發明使用酸浸泡和蒸汽爆破處理，顯著地降解了半纖維素，提高了纖維素的提取產率。
[0015]3.本發明使用有機溶劑處理汽爆物料，清潔環保，且使用后有機溶劑(甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六環、甲酸、乙酸中的一種或多種)可通過精餾循環使用。
[0016]4.本發明采用過氧化氫催化碳酸酯產過氧酸反應處理有機溶劑物料，反應后產物為甲醇，清潔可行，有廣闊的發展空間。
【附圖說明】
[0017]圖1纖維素制備流程圖；
[0018]圖2為制備的纖維素；
[0019]圖3為本發明實施例1中提取的纖維素的13CCP/MAS NMR譜圖。
【具體實施方式】
[0020]下述實施例僅用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0021]實施例1
[0022]以玉米芯為原料制備纖維素，具體方法為:取300g粉粹至直徑Icm的玉米芯，加入500mL質量分數為0.2 %的稀硫酸溶液，在25 °C放置1h，壓濾排出沒有吸收的酸溶液繼續回用。將酸預處理的玉米芯倒入蒸汽爆破機，通入1.0MPa的蒸汽壓力，玉米芯在滯留器筒體內停留lOmin，降壓至一個大氣壓，水洗得到汽爆物料，烘干。取1g干燥的汽爆物料，加乙醇90mL，加水1mL，添加氫氧化鈉0.2g，在高壓反應釜中升溫至200°C，攪拌速度為300rmp，反應lh。冷卻至室溫后過濾水洗，在40 °C烘干。取5g烘干后的物料加入到50mL碳酸二甲酯中，添加17g過氧化氫，在60°C的溫度下處理2h，過濾水洗，在40°C烘干，得到纖維素。通過13CCP/MAS核磁檢測譜圖，來自半纖維素的羰基含量幾乎為零，表明半纖維素含量幾乎為零，木質素也幾乎檢測不出，該纖維素中幾乎不含半纖維素和木質素。
[0023]實施例2
[0024]以稻草桿為原料制備纖維素，具體方法為:取300g稻草桿，水洗除去灰塵及雜質，加入1.2L質量分數為0.3 %的草酸溶液，在80°C放置Ih，壓濾排出沒有吸收的酸溶液繼續回用。將酸預處理的稻草桿倒入蒸汽爆破機，通入0.SMPa的蒸汽壓力，稻草桿在滯留器筒體內停留lOmin，降壓至一個大氣壓，水洗得到汽爆物料，烘干。取1g干燥的汽爆物料，加I，4_二氧六環40mL，加水60mL，加氫氧化錢0.04g，在高壓反應爸中升溫至180°C，攪拌速度為300rmp,反應5h。冷卻至室溫后過濾，在50°C烘干。取5g烘干后的物料加入到80mL碳酸二乙基酯中，添加過氧化氫25.5g，在90°C的溫度下處理0.5h，過濾水洗，在40°C烘干，得到纖維素。
[0025]實施例3
[0026]以甘蔗渣為原料制備纖維素，具體方法為:取300g甘蔗渣，水洗除去雜質，加入IL質量分數為1%的磷酸溶液，在40°C放置6h，壓濾排出沒有吸收的酸溶液繼續回用。將酸預處理的甘蔗渣倒入蒸汽爆破機，通入2.0MPa的蒸汽壓力，稻草桿在滯留器筒體內停留40min，降壓至一個大氣壓，水洗得到汽爆物料，烘干。取15g干燥的汽爆物料，加甲酸30mL，加水20mL，加氫氧化鉀0.0Ig，在高壓反應釜中升溫至280°C，攪拌速度為300rmp，反應3h。冷卻至室溫后過濾，在50°C烘干。取5g烘干后的物料加入到500mL環己基碳酸酯中，添加過氧化氫51g，在50 0C的溫度下處理3h，過濾水洗，在40 0C烘干，得到纖維素。
【主權項】
1.一種制備纖維素的清潔方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)以農業木質纖維廢棄物為原料，按照固體原料與液體的質量比為1:1?1:6加入質量濃度為0.1 %?I %的酸溶液，在25?80 °C放置I?10小時，壓濾排出沒有被吸收的酸溶液，得到經酸預處理的物料； (2)將步驟(I)所述經酸預處理的物料輸送至蒸汽爆破機，將0.4?2.0MPa的蒸汽通入到蒸汽爆破機的滯留器筒體，物料在滯留器筒體內停留5?40min，將物料推送至滯留器筒體尾部噴爆裝置，打開氣動球閥，使壓力降至一個標準大氣壓，得到蒸汽爆破物料； (3)將步驟(2)所述蒸汽爆破物料進行水洗，去除半纖維素的水解產物，烘干得到去除半纖維素的汽爆物料； (4)將步驟(3)所述汽爆物料按照汽爆物料和混合體系質量比為1:20?1:5加入到混合體系中，該混合體系中有機溶劑體積百分比是40?90 %，堿的質量百分比含量為0.01?0.2%，將高溫反應釜溫度升至80?280°C，反應時間是I?5小時，反應結束后過濾，30?600C烘干得到弱堿有機溶劑物料； (5)將步驟(4)所述弱堿有機溶劑物料按照5?100g/L的物料濃度加入到碳酸酯中，每克弱堿有機溶劑物料再添加0.1?0.4mol的過氧化氫，在50?90 °C的溫度下處理0.5?3h,過濾水洗得到纖維素。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述原料來源為玉米芯、玉米秸桿、甘蔗渣、棉桿、稻草桿、木薯酒糟中的一種或多種。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述酸為硫酸、鹽酸、磷酸、草酸、乙酸、亞硫酸中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的半纖維素的水解產物是木糖，阿拉伯糖，甘露糖，半乳糖。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六環、甲酸、乙酸中的一種或多種。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨中的一種或幾種。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(5)所述碳酸酯為碳酸二甲酯，二乙基碳酸酯或環己基碳酸酯。
【文檔編號】D21C3/20GK105951488SQ201610516174
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月2日
【發明人】王文雅, 王素君, 袁其朋
【申請人】北京化工大學