专利名称：一种水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及再生资源一废弃植物利用领域，特别是涉及利用各种含纤维素和半纤维素的废弃植物水解为葡萄糖和木糖的方法。
背景技术：
目前我国有许多部门都在研发利用再生资源——特别是废弃植物——生产燃料乙醇，也有些大企业在进行试生产，但现有技术中存在的问题是废弃植物中的纤维素和半纤维素转化为葡萄糖和木糖的工艺成本太高，影响了整个燃料乙醇的生产成本，以致不能大批量投产。现有技术试验和试制的方法大都使用稀硫酸水解半纤维素得到木糖，再在含纤维素和木质素的余渣中加入纤维素酶，以此来水解纤维素(又称酶法工艺)，但在目前条件下，用酶法工艺需要十分苛刻的工艺条件，还要购买价格昂贵的纤维素酶制剂，所以生产成本很高。另一种水解纤维素的方法，也是最经典的方法，就是用浓硫酸水解纤维素和半纤维素，此法简单，技术可靠，但由于葡萄糖和硫酸的分子量相近，无法用扩散渗析器回收硫酸，改用先生产多糖再进行分离，这种方法生产效率很低，因此也不能用于生产。近来又发展了一种稀酸高温水解法，但是发现转换了的葡萄糖在高温下又大量分解，所以转化率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、工艺简单的将废弃植物的纤维素和半纤维素进行水解为葡萄糖和木糖的方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一.往细碎的废弃植物中加入重量百分浓度为15% -20%的盐酸，盐酸的用量以淹没废弃植物为准；然后进行微波加热1-2小时，加热温度为100°C -IlO0C ；步骤二 .将步骤一得到的经过微波处理的废弃植物和盐酸倒入高压反应釜中，在 1. 2-1. 35MPa的空气压力、120_140°C下，保持1-2小时，进行水解；步骤三.将步骤2得到的物质进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。所述步骤三之后还包括步骤四对步骤三得到的水解液进行盐酸回收处理，分离出盐酸和单糖液体。所述步骤一之前，先将所述废弃植物进行去木质素处理在所述废弃植物中加入废弃植物重量的6倍以上的乙醇，然后在1. 2-1. 35MPa的空气压力下保持2个小时，溶解掉其中的木质素，然后进行过滤，得到去除了木质素的废弃植物。所述步骤一中的盐酸浓度为20%。所述步骤一中微波加热时间为1小时，加热温度为110°C。
所述步骤二中水解温度为130°C，水解时间为2小时。所述废弃植物为锯末或用粉碎机粉碎后的废弃植物。本发明采用盐酸作催化剂水解纤维素和半纤维素，盐酸的分子量与葡萄糖的分子量相差很大，可以用膜分离，便于回收，因此消耗少，且盐酸价格约为硫酸的一半，所以成本低。虽然盐酸中的HCL的分压很大，温度稍高就会大量溢出，但本发明是在高压下进行水解，在水解过程中不会发生大量溢出的情况，虽然盐酸腐蚀性较大，但现在的材料技术完全可以克服此缺点，本发明采用内壁有防腐层(聚四氟乙烯)的高压反应釜即可。现有的盐酸回收设备，只能回收浓度20%以下的盐酸。20%的盐酸不是浓盐酸，水解效果较差，为弥补这个不足，本发明提高了水解温度。本发明的水解温度低于140度，在该温度下水解生成的葡萄糖不会立即分解，避免生成含毒害发酵酒精的酵母菌，且在该温度下、且在高压反应釜中进行水解，盐酸不会大量产生大量HCL气体，避免了恶化工作环境。本发明采用微波加热，可以准确控制水解液的温度，且微波扩大了纤维素结晶区的尺寸，有利于催化剂盐酸的进入。在高压反应釜进行水解，能使盐酸渗入纤维素结晶内部，加快水解速度。本发明也可采用微波高压反应釜，则可以取消微波预处理工序。
具体实施例方式实施例11、取锯末作为本实施例1的废弃植物，先进行去木质素处理取锯末454g，加入10 倍体积的乙醇，然后在1. 2-1. 35MPa的空气压力下保持2个小时，溶解其中的木质素，然后进行过滤，称量余下的锯末，为312g，去除了 142g木质素。本步骤中乙醇的用量通常是植物重量的6倍以上。2、在已除去木质素的锯末中，取20g锯末，往锯末中加入重量百分浓度为20%的盐酸，盐酸的用量以淹没锯末为准，然后进行微波加热1小时，加热温度为110°C，加热时不能超过最高温110°C。3、将步骤2得到的经过微波处理的锯末和盐酸倒入高压反应釜中，在 1. 2-1. 35MPa的空气压力下升温至130°C，保持该温度和压力2小时，进行水解。4、将步骤3得到的物质进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。称量得知余渣为4g，其余为水解液，可知其余16g纤维素和半纤维素水解成了单糖(葡萄糖和木糖)，即经过本实施例的水解方法，锯末中80%的纤维素和半纤维素水解为了单糖(葡萄糖和木糖)。然后按照现有技术的方法对水解液进行盐酸回收处理，分离盐酸和单糖液体，分离出来的单糖液体可用于下一步制备燃料乙醇，不再赘述。实施例21、取锯末作为本实施例2的废弃植物，先进行去木质素处理取锯末800g，加入10 倍体积的乙醇，然后在1. 2-1. 35MPa的空气压力下保持2个小时，溶解其中的木质素，然后进行过滤，称量余下的锯末，为560g，去除了 240g木质素。本步骤中乙醇的用量通常是植物重量的6倍以上。2、在已除去木质素的锯末中，取20g锯末，往锯末中加入重量百分浓度为15%的盐酸，盐酸的用量以淹没锯末为准，然后进行微波加热1. 5小时，加热温度为100°C，加热时
4不能超过最高温110°c。3、将步骤2得到的经过微波处理的锯末和盐酸倒入高压反应釜中，在 1. 2-1. 35MPa的空气压力下升温至140°C，保持该温度和压力1小时，进行水解。4、将步骤3得到的物质进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。称量得知余渣为3. 5g，其余为水解液，可知其余16. 5g纤维素和半纤维素水解成了单糖(葡萄糖和木糖)，即经过本实施例的水解方法，锯末中82. 5%的纤维素和半纤维素水解为了单糖(葡萄糖和木糖)。然后按照现有技术的方法对水解液进行盐酸回收处理，分离盐酸和单糖液体，分离出来的单糖液体可用于下一步制备燃料乙醇，不再赘述。实施例31、将20g稻草用粉碎机打碎，稻草长度小于Imm ；2、加入重量百分含量为18%的盐酸，盐酸的用量以淹没稻草碎末为准，然后用微波加热2小时，加热温度为105°C (加热最高温度为110°C )；3、将步骤2中微波处理过的物质加入高压反应釜中，在1. 2-1. 35MPa的空气压力、 135°C温度下水解1. 5小时;4、将步骤3得到的物质按照实施例1的方法进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。按照现有技术的裴氏法检验水解液中单糖的含量，可知，经过本实施例的水解方法，稻草中的纤维素和半纤维素的63%转化为单糖(葡萄糖和木糖)。然后按照现有技术的方法对水解液进行盐酸回收处理，分离盐酸和单糖液体，分离出来的单糖液体可用于下一步制备燃料乙醇，不再赘述。本发明步骤2中的微波加热和步骤3中的高压反应釜中水解，也可采用微波高压反应釜，在微波高压反应釜中一步完成，则可以取消在反应釜外微波加热预处理工序。本发明采用的废弃植物可以是锯末，也可以是粉碎机粉碎后的废弃植物，例如稻草、秸秆、野草等植物。
权利要求
1.一种水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一.往细碎的废弃植物中加入重量百分浓度为15% -20%的盐酸，盐酸的用量以淹没废弃植物为准；然后进行微波加热1-2小时，加热温度为100°C -IlO0C ；步骤二.将步骤一得到的经过微波处理的废弃植物和盐酸倒入高压反应釜中，在 1. 2-1. 35MPa的空气压力、120_140°C温度下，保持1_2小时，进行水解；步骤三.将步骤2得到的物质进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。
2.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤三之后还包括步骤四对步骤三得到的水解液进行盐酸回收处理，分离出盐酸和单糖液体。
3.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤一之前，先将所述废弃植物进行去木质素处理在所述废弃植物中加入废弃植物重量的6倍以上的乙醇，然后在1. 2-1. 35MPa的空气压力下保持2个小时，溶解掉其中的木质素，然后进行过滤，得到去除了木质素的废弃植物。
4.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤一中的盐酸浓度为20%。
5.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤一中微波加热时间为1小时，加热温度为110°c。
6.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤二中水解温度为130°C，水解时间为2小时。
7.根据权利要求1所述水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，其特征在于，所述废弃植物为锯末或用粉碎机粉碎后的废弃植物。
全文摘要
一种水解废弃植物中纤维素和半纤维素的方法，包括如下步骤往细碎的废弃植物中加入重量百分浓度为15％-20％的盐酸，盐酸用量以淹没废弃植物为准；然后进行微波加热1-2小时，加热温度为100℃-110℃；再将得到的经过微波处理的废弃植物和盐酸倒入高压反应釜中，在1.2-1.35MPa的空气压力、120-140℃下，保持1-2小时，进行水解；然后将步骤2得到的物质进行过滤，分离水解液和余渣，得到水解液。对得到的水解液进行盐酸回收处理，分离出盐酸和单糖液体，单糖液体可用于进一步生产燃料乙醇。本发明的水解方法成本低、工艺简单，便于盐酸回收，且避免了恶化工作环境。
文档编号C13K1/02GK102206716SQ201110076418
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者孙维民, 张欢, 张浪, 张羡信 申请人:张浪