一種利用秸稈提取高純度半纖維素的方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種利用秸桿提取高純度半纖維素的方法，屬于半纖維材料領域。
【背景技術】
[0002]在我國，秸桿一直作為造紙的原料，人們對纖維素和木質素進行大量研究，而忽視了其中28?33%半纖維素的研究，造成這種疏忽的原因是因為傳統堿法制漿中，半纖維素被降解和氧化為甲酸、乙醇酸、乳酸等無法利用。另外，傳統分離方法是先將原料用次氯酸鈉在酸性溶液中處理以除去木質素，然后再用氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液提取，雖然提取產量高，但該工藝方法造成對環境的污染。
[0003]據報道，半纖維素在針葉材中的含量有15?20%，在闊葉材或禾本科植物中更高達25?40%，是一種廣泛存在于自然界的天然可再生高分子材料。半纖維素的利用一直是科學家們關心的問題，但是直到目前為止，人們一直沒有探索出工業化利用半纖維素的比較完善的途徑。
[0004]在植物纖維原料中，半纖維素通過支鏈的糖醛酸取代基與木素間有化學鍵接，纖維素與半纖維素之間雖然沒有化學連接，但它們之間的結合比較緊密，所以半纖維素的分離受到了這些物理或化學共價鍵的相互作用，很難被完整地分離出來，只能在一定程度上被抽提。傳統的半纖維素分離手段一般是用各種溶劑抽提，利用不同濃度的堿溶液與助劑的共同作用，或者是利用某幾種有機溶劑的單獨作用，將不同的聚糖抽提分離出來。在傳統的分離過程中，半纖維素結構不可避免地會發生改變。

【發明內容】

[0005]本發明主要解決的技術問題:針對目前傳統分離方法將原料用次氯酸鈉在酸性溶液中處理以除去木質素，再用堿溶液提取，該工藝方法造成對環境的污染，而且在分離過程中，半纖維素結構不可避免地會發生改變的問題，提供了一種利用秸桿提取高純度半纖維素的方法，本發明將秸桿灰用水不斷沖洗得黃色溶液，即得半纖維素溶液，向固體中加纖維素酶，控制水解時間使纖維素部分水解并保持半纖維素的結構不被破壞，之后與半纖維溶液混合加入絮凝劑得到沉淀，洗滌后得半纖維素，本發明得到的半纖維素的結構完整，純度高，具有很廣的應用前景，而且提取工藝簡單，成本低。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
(1)選取1?3kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1?3次，之后放入太陽下暴曬2?3天，將曬干后的秸桿進行充分燃燒，得秸桿灰；
(2)取200?300g上述得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復此步驟不斷進行沖洗4?6h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5?6次，將黃色液體收集，向液體中加入總質量40?50%的活性炭，靜置20?30min后過濾，向濾液中滴加質量分數35%鹽酸溶液調節pH值為4?6，在室溫下攪拌15?20min后留取備用； (3)取50?70g上述沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進行浸沒，并向水中滴加質量分數25%的氫氧化鈉溶液調節pH值為8.5?9.5，攪拌20?30min后浸泡1?2h，之后將混合液放入超聲分散儀中在200?300W功率下進行超聲分散8?lOmin，分散后再加入離心分離機在2000?3000r/min的轉速下離心分離10?12min，分離結束后去除上清液，得沉淀物；
(4)向沉淀物中加入總質量2?3%的纖維素酶，并進行攪拌混合均勻，酶解20?30min，對纖維素進行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1:1加入蒸餾水進行攪拌混合，并用布氏漏斗進行抽濾，取濾渣再按固液比1:3加入步驟(2)的黃色液體進行浸泡，浸泡30?40min后加熱至煮沸，沸騰至原來體積的25?30%后停止加熱，并冷卻至室溫;
(6)將上述冷卻后溶液用2層紗布進行過濾，去除紗布中的濾渣，得漿液，之后向漿液中撒入總質量0.5?0.8%的石膏粉末，攪拌5?8min后進行絮凝反應1?2h，分層后去除上層懸濁液，得沉淀物，將沉淀物中按固液比1:2加入去離子水進行攪拌10?15min，之后在3000?5000r/min轉速下進行離心10?15min，取沉淀物放入45?48°C的恒溫干燥箱中干燥，即可得高純度半纖維素固體。
[0007]本發明的應用方法:本發明制得半纖維素可用于化學、食品、造紙、制藥及涂料工業生產中，例如在造紙時的漿液中加入總質量1?3%本發明制得的半纖維素，不僅降低打漿能耗，縮短打漿時間，同時能夠得到理想的紙漿物理強度。
[0008]本發明的有益效果是:
(1)本發明得到的半纖維素的結構完整，純度高，具有很廣的應用前景；
(2)本發明提取工藝簡單，成本低。
【具體實施方式】
[0009]首先選取1?3kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1?3次，之后放入太陽下暴曬2?3天，將曬干后的秸桿進行充分燃燒，得秸桿灰；取200?300g得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復此步驟不斷進行沖洗4?6h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5?6次，將黃色液體收集，向液體中加入總質量40?50%的活性炭，靜置20?30min后過濾，向濾液中滴加質量分數35%鹽酸溶液調節pH值為4?6，在室溫下攪拌15?20min后留取備用；取50?70g沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進行浸沒，并向水中滴加質量分數25%的氫氧化鈉溶液調節pH值為8.5?9.5，攪拌20?30min后浸泡1?2h，之后將混合液放入超聲分散儀中在200?300W功率下進行超聲分散8?lOmin，分散后再加入離心分離機在2000?3000r/min的轉速下離心分離10?12min，分離結束后去除上清液，得沉淀物；向沉淀物中加入總質量2?3%的纖維素酶，并進行攪拌混合均勻，酶解20?30min，對纖維素進行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1: 1加入蒸餾水進行攪拌混合，并用布氏漏斗進行抽濾，取濾渣再按固液比1:3加入黃色液體進行浸泡，浸泡30?40min后加熱至煮沸，沸騰至原來體積的25?30%后停止加熱，并冷卻至室溫；將冷卻后溶液用2層紗布進行過濾，去除紗布中的濾渣，得漿液，之后向漿液中撒入總質量0.5?0.8%的石膏粉末，攪拌5?8min后進行絮凝反應1?2h，分層后去除上層懸濁液，得沉淀物，將沉淀物中按固液比1:2加入去離子水進行攪拌10?15min，之后在3000?5000r/min轉速下進行離心10?15min，取沉淀物放入45?48°C的恒溫干燥箱中干燥，即可得高純度半纖維素固體。
[0010]實例1
首先選取1kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1次，之后放入太陽下暴曬2天，將曬干后的秸桿進行充分燃燒，得秸桿灰；取200g得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復此步驟不斷進行沖洗4h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5次，將黃色液體收集，向液體中加入總質量40%的活性炭，靜置20min后過濾，向濾液中滴加質量分數35%鹽酸溶液調節pH值為4，在室溫下攪拌15min后留取備用；取50g沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進行浸沒，并向水中滴加質量分數25%的氫氧化鈉溶液調節pH值為8.5，攪拌20min后浸泡lh，之后將混合液放入超聲分散儀中在200W功率下進行超聲分散8min，分散后再加入離心分離機在2000r/min的轉速下離心分離lOmin，分離結束后去除上清液，得沉淀物；向沉淀物中加入總質量2%的纖維素酶，并進行攪拌混合均勻，酶解20min，對纖維素進行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1:1加入蒸餾水進行攪拌混合，并用布氏漏斗進行抽濾