专利名称：一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及环保技术领域，尤其是一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法。
技术背景
生物质固体废料主要包括园林绿化垃圾、秸秆类农业废弃物和甘蔗废弃物等，具体说来主要有树枝、树叶、草、玉米秸秆、玉米芯、玉米皮、麦秸秆、稻秆、棉秆、稻草、麦草、蔗髓和蔗渣等。其共同特点在于均含有大量的综纤维素(半纤维素和纤维素)。目前，我国园林绿化垃圾年产量约1亿吨，秸秆等的年产量约为10亿吨，蔗渣、蔗髓的年产量约为5000 万吨，其中40%的生物质固废作为垃圾废弃。日益增多的生物质固废给环境带来了巨大的压力。
但是，与其他垃圾不同，生物质固体废料是由纤维素、半纤维素和木质素组成，直接燃烧，不但污染大气环境，而且热值低，不便于利用；如果进行填埋处理，虽然可以依靠土壤自身的能力将其降解，但降解时间长，消耗土壤中的养分，利用率低；如果将其长期堆置， 不但占用土地，而且随着时间的流逝，堆置物自身发酵，产生恶臭和渗滤液，严重破坏周边环境，对人们正常生活产生极大影响。纤维素是由葡萄糖分子通过β_1，4-糖苷键连接而形成聚合物。纤维素经水解后可获得葡萄糖、乙醇等重要的医药、化工原料产品。因此，从环境保护、废弃物再利用和产业的角度，迫切需要一种能够快速高效处理生物质固废并将其再利用的方法。发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，该方法利用生物质固体废料中含有丰富的纤维素的特点，构建离子溶液分离提取体系，获得高纯度纤维素的分离提取，从而实现生物质固废循环再利用，节约土地资源，提高资源利用效率，可获得显著的经济效益。
本发明的技术方案
一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，包括以下步骤
1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒；
2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；
3)向压力容器中通入120_180°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到30_60% ；
4)向压力容器中通入重量百分比浓度为5-20%氨水，保持温度60-90°C，维持压力为0. 6-1. 2MPa，持续时间为I-IOmin ；
5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器经闪蒸工艺回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；
6)向干物料中加入离子液体，搅拌溶解0. 5-lh后，固液分离，得到纤维素溶液；
7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，固液分离后的沉淀物即为纤维素， 分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用。
所述粉碎后固体废料的颗粒粒径为50-100目。
所述闪蒸器的工艺条件为闪蒸温度85°C，闪蒸压力0. 8atm。
所述离子液体为[AMIM]C1、[BMIM]C1、 [EMIM]C1、 [AMIM][CH3S04]、 [MMIM] [CH3S04]和[EMIM] [CH3S04]中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述干物料与离子液体的质量比为1 3-5。
所述纤维素溶液与去离子水的体积比为1 0.5-2。
所述回收的离子液体重复使用20次。
本发明的优点和有益效果是
1)本发明采用离子液体从生物质固体废料中将纤维素提取出来，由于其液态形式，可与底物充分接触，离子液体能够破坏生物质固废中紧密结合的木质素、半纤维素和纤维素之间的结构，并与纤维素形成更强的氢键，将纤维素从体系中无损分离出来，并且纤维素回收率可达99%以上，纤维素提取效率高；离子液体是绿色溶剂，无挥发性，可循环使用，环境友好，不产生二次污染。
2)本发明在预处理阶段采用高压水蒸气处理后氨液爆破方法，该方法可有效弥补气提爆破和氨纤维爆破对底物的损伤，不会使物料过度降解生成小分子物质；另外，可将半纤维素溶解在液相中，通过固液分离从体系中移除。同时对氨进行回收(回收率在99%以上)，节约成本。
3)本发明所需设备简单，工艺简便，实现了生物质固体废料的资源化处理，同时生产能够被进一步利用的纯纤维素，解决了当前生物质固体废料难于降解、再利用的难题，具有极其深远的社会意义和经济价值。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的， 而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
以下实施例中的压力容器型号均为GCF系列，大连自控设备厂生产。
实施例1
—种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，包括以下步骤
1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒，颗粒粒径为80目；
2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；
3)向压力容器中通入130°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到35% ；
4)向压力容器中通入重量百分比浓度为5%氨水，保持温度80°C，维持压力为 0. 8MPa，持续时间为4min ；
5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器在闪蒸温度85°C、闪蒸压力0. Satm条件下回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；
6)向干物料中加入[AMIM] [CH3S04]离子液体，干物料与离子液体的质量比为 1 3，搅拌溶解50分钟后，固液分离，得到纤维素溶液；
7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，纤维素溶液与去离子水的体积比为 1 1，固液分离后的沉淀物即为纤维素，分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用20次。
检测结果表明纤维素提取率为95. 5%。
实施例2
—种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，包括以下步骤
1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒，颗粒粒径为100目；
2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；
3)向压力容器中通入150°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到45% ；
4)向压力容器中通入重量百分比浓度为10%氨水，保持温度90°C，维持压力为 1. OMPa，持续时间为2min ；
5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器在闪蒸温度85°C、闪蒸压力0. Satm条件下回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；
6)向干物料中加入[AMIM] [CH3S04]离子液体，干物料与离子液体的质量比为 1 4，搅拌溶解30分钟后，固液分离，得到纤维素溶液；
7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，纤维素溶液与去离子水的体积比为 1 1.5，固液分离后的沉淀物即为纤维素，分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用20次。
检测结果表明纤维素提取率为99%。
实施例3
一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，包括以下步骤
1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒，颗粒粒径为60目；
2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；
3)向压力容器中通入120°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到45% ；
4)向压力容器中通入重量百分比浓度为20%氨水，保持温度100°C，维持压力为 1. 2MPa，持续时间为3min ；
5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器在闪蒸温度85°C、闪蒸压力0. Satm条件下回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；
6)向干物料中加入[EMIM] [CH3S04]离子液体，干物料与离子液体的质量比为 1 5，搅拌溶解45分钟后，固液分离，得到纤维素溶液；
7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，纤维素溶液与去离子水的体积比为 1 0.8，固液分离后的沉淀物即为纤维素，分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用20次。
检测结果表明纤维素提取率为95%。
实施例4
—种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，包括以下步骤
1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒，颗粒粒径为70目；
2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；
3)向压力容器中通入180°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到48% ；
4)向压力容器中通入重量百分比浓度为20%氨水，保持温度70°C，维持压力为 1. 2MPa，持续时间为5min ；
5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器在闪蒸温度85°C、闪蒸压力0. Satm条件下回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；
6)向干物料中加入[AMIM]C1离子液体，干物料与离子液体的质量比为1 3，搅拌溶解30分钟后，固液分离，得到纤维素溶液；
7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，纤维素溶液与去离子水的体积比为 1 1.5，固液分离后的沉淀物即为纤维素，分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用20次。
检测结果表明纤维素提取率为96%。
权利要求
1.一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于包括以下步骤1)将生物质固体废料经过粉碎机粉碎成颗粒；2)将颗粒状固体废料投入压力容器并填满；3)向压力容器中通入120-180°C高压饱和水蒸气，使物料含湿量达到30-60%；4)向压力容器中通入重量百分比浓度为5-20%氨水，保持温度60-90°C，维持压力为 0. 6-1. 2MPa，持续时间为 I-IOmin ；5)迅速降至常压，料液进入闪蒸器经闪蒸工艺回收氨，然后将料液固液分离，将固体物料干燥后得到干物料；6)向干物料中加入离子液体，搅拌溶解0.5-lh后，固液分离，得到纤维素溶液；7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，固液分离后的沉淀物即为纤维素，分离后的液体经闪蒸除去水后，即为回收的离子液体并重复使用。
2.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述粉碎后固体废料的颗粒粒径为50-100目。
3.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述闪蒸器的工艺条件为闪蒸温度85°C，闪蒸压力0. 8atm。
4.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述离子液体为[AMIM]C1、[BMIM]C1、[EMIM]C1、[AMIM] [CH3S04]、[MMIM] [CH3S04]和[EMIM] [CH3S04]中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述干物料与离子液体的质量比为1 3-5。
6.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述纤维素溶液与去离子水的体积比为1 0.5-2。
7.根据权利要求1所述生物质固体废料提取分离纤维素的方法，其特征在于所述回收的离子液体重复使用20次。
全文摘要
一种生物质固体废料提取分离纤维素的方法，步骤如下1)将生物质固体废料粉碎成颗粒；2)投入压力容器并填满；3)通入高压饱和水蒸气使物料增湿；4)通入浓氨水并在高温、高压下恒定；5)迅速降至常压，料液回收氨后，将料液固液分离，干燥后得到干物料；6)向干物料中加入离子液体并搅拌溶解，分离后得到纤维素溶液；7)向纤维素溶液中加入去离子水生成沉淀物，即为纤维素。所述回收的离子液体重复使用20次。本发明的优点是利用生物质固体废料中含有丰富纤维素的特点，构建离子溶液分离提取体系，获得高纯度纤维素的分离提取且环境友好，从而实现生物质固废循环再利用，节约土地资源，提高资源利用效率，可获得显著的经济效益。
文档编号D21C5/00GK102493246SQ20111039734
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者刘乐, 李维尊, 江洋, 王雁南, 鞠美庭 申请人:南开大学