专利名称：一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方法
技术领域：
本发明属于生物质综合利用领域，特别涉及一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制 备生物质多元醇的方法。
背景技术：
开发产量巨大，可再生，可生物降解的环境友好型生物质原料，尤其是秸秆类木质 纤维素原料，对保护环境和保证经济可持续发展具有重要意义。木质纤维素类生物质原料 的主要成份为纤维素，半纤维素和木质素，含有大量以羟基为代表的活性集团，但由于结构 中大量存在的纤维素的晶体结构，一般认为木质纤维素类生物质是难溶，难熔的天然复合 材料，难以通过加热和加压等方式进行加工，因而影响了木质纤维素生物质资源的利用和 回收。近些年来，有人开始研究用多元醇等有机溶剂来液化木质纤维素类原料，将固态的木 质纤维素原料降解成具有反应活性的液态小分子，用来制备新的高分子材料，如胶黏剂，注 模塑料，泡沫塑料，纤维材料等，具有广泛的应用前景。专利200810198719. 5公开了一种植物纤维基聚醚多元醇及其制备方法。该方法 利用未经预处理植物纤维原料液化生产聚醚多元醇。所生产的聚醚多元醇可用于生产保温 隔热作用的聚氨酯硬泡。但是由于植物秸秆细胞壁结构非常紧密，液化试剂很难渗透到植 物纤维原料。因此，该方法需要分批补料液化，以提高液化产物得率，从而使反应时间增加。 另外，不同的木质纤维素类生物质原料中纤维素，半纤维素和木质素的含量是不同的，这给 木质纤维素生物质混合液化带来了困难。有研究表明，将纤维素和木质素在相同条件下分 别液化，在液化后期并不出现缩聚反应，而当纤维素和木质素混合物在醇中液化时，液化后 期会出现再缩聚反应，生成不溶于醇的的液化残渣。专利200910193436. 6公开了一种木质 素聚氨酯及其制备方法。该方法将秸秆生产燃料乙醇的残渣中NaOH抽提分离出的木质素 用有机溶剂溶解，再经过环氧化物改性后，溶解于多元醇中。该方法所用的木质素反应活性 高，可制成木质素聚氨酯材料。这说明从生物质原料中分离出木质素后，再进行多元醇液 化，制备的液化产物更适用于后续的加工利用。基于上述分析，本发明首先利用蒸汽爆破(简称汽爆)处理秸秆，以增加秸秆物料 与液化剂的反应面积，提高液化剂的可及性。汽爆技术是目前木质纤维素原料预处理中广 泛采用的方法。其原理是通过用一定压力的水蒸气等介质对植物进行爆破，利用以蒸汽形 式出现的热量，由水蒸汽膨胀引起的剪切力以及糖苷键水解的共同作用达到破坏细胞壁结 构的目的。其次，本发明用稀碱液(浓度0.2% 2%)分离汽爆秸秆中的纤维素和木质素， 并在不同的液化条件下对两者分别液化，从而提高生物质多元醇的得率和品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的 方法。首先，利用汽爆技术破坏植物致密组织的结构，增加液化剂与秸秆的接触面积，同时在汽爆的高温高压以及瞬时泄压的作用下，秸秆中的半纤维素被降解，避免其在液化时发 生氧化反应，形成羧酸，从而使液化产物组成变得复杂，降低生物质多元醇的质量。其次，本 发明采用纤维素和木质素分别液化的方式，有利于控制液化条件和液化产物的分子量以及 可反应的官能团含量。避免纤维素和木质素因液化温度不一致，造成液化产物再聚合的现 象，提高液化产物的得率。本发明的技术方案如下—种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方法，其特征在于，包括 以下步骤(1)汽爆秸秆的制备首先将秸秆(含水量小于5% )切成3-5cm的碎块。称取IOOg秸秆碎块，加入 150ml自来水，并混合均勻。将湿物料送入汽爆罐中，在0. SMPa 1. 3Mpa的蒸汽压力下维 压Imin ^iin后卸料。汽爆后的物料干燥后备用。其中所述的秸秆包括玉米秸秆，小麦秸秆，稻秆，玉米芯，芒草。(2)汽爆秸秆中纤维素和木质素的组分分离；在汽爆秸秆中加入0. 2% 2%的碱液在70°C 90°C下处理Ih 池，汽爆秸秆质 量(g)和碱液体积(ml)的比例为1 10 1 20。反应结束进行固液分离。得到的固形 物即为汽爆秸秆纤维素。得到的过滤液经过超滤膜浓缩后得到汽爆秸秆木质素。其中，步骤(1)所述的碱液是由Na0H、K0H、Na2S0dnNa2S中一种或几种的水溶液。; 所述的超滤膜为聚砜膜，截留分子量为6000。(3)汽爆秸秆纤维素液化制备生物质多元醇将步骤(2)得到的汽爆秸秆纤维素烘干后，加入液化剂和催化剂，在150°C 180°C下反应Ih 池，其中液化剂和汽爆秸秆纤维素的质量比为1 1 3 1。反应结 束后调节液化物pH至6 7，过滤去除液化物中的残渣，得到的液体即为生物质多元醇。(4)汽爆秸秆木质素液化制备生物质多元醇将步骤⑵得到的汽爆秸秆木质素烘干后，加入液化剂和催化剂，在110°C 140°C下反应0.5h 1.5h，其中液化剂和汽爆秸秆木质素的质量比为1 2 2 1。反 应结束后调节液化物PH至6 7，过滤去除液化物中的残渣，得到的液体即为生物质多元其中，步骤(3)和步骤(4)中所述的所述的液化剂为聚乙二醇200，聚乙二醇 400，聚乙二醇600，聚乙二醇800，聚乙二醇1000，乙二醇，丙三醇和二乙二醇中的一种或几 种；所述的催化剂是无机酸，优选硫酸、盐酸和磷酸中的一种；催化剂与液化剂的质量比为 1 100 1 300。本发明具有下述优点第一，本发明采用汽爆预处理秸秆有效的破坏了生物质的 组织结构，液化试剂容易与秸秆中的纤维素和木质素反应，提高液化效率。第二，采用纤维 素和木质素分别液化的方式避免了因两者液化条件不一致造成液化产物组成复杂，不利用 后续的加工利用的难题。
图1是本发明的技术路线图。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。表1实施例1 3的汽爆秸秆纤维素的液化工艺参数
权利要求
1.一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方法，其特征在于，包括以 下步骤(1)汽爆秸秆中纤维素和木质素的组分分离；在汽爆秸秆中加入0.2% 2%的碱液 在70°C 90°C下处理Ih 2h，汽爆秸秆质量(g)和碱液体积(ml)的比例为1 10 1 20，反应结束进行固液分离，得到的固形物即为汽爆秸秆纤维素，得到的过滤液经过超 滤膜浓缩后得到汽爆秸秆木质素；(2)汽爆秸秆纤维素液化制备生物质多元醇将步骤(1)得到的汽爆秸秆纤维素烘干 后，加入液化剂和催化剂，在150°C 180°C下反应Ih 2h，其中液化剂和汽爆秸秆纤维素 的质量比为1 1 3 1，反应结束后调节液化物pH至6 7，过滤去除液化物中的残渣， 得到的液体即为生物质多元醇；(3)汽爆秸秆木质素液化制备生物质多元醇将步骤(1)得到的汽爆秸秆木质素烘干 后，加入液化剂和催化剂，在110°C 140°C下反应0. 5h 1. 5h，其中液化剂和汽爆秸秆木 质素的质量比为1 2 2 1，反应结束后调节液化物pH至6 7，过滤去除液化物中的 残渣，得到的液体即为生物质多元醇。
2.根据权利要求1所述的一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方 法，其特征在于，步骤(1)所述的秸秆包括玉米秸秆，小麦秸秆，稻秆，玉米芯，芒草。
3.根据权利要求1所述的一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方 法，其特征在于，步骤(1)所述的碱液是由NaOH、KOH、Na2SO3和Na2S中一种或几种的水溶 液。
4.根据权利要求1所述的一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方 法，其特征在于，步骤( 和步骤C3)所述的液化剂为聚乙二醇200，聚乙二醇400，聚乙二 醇600，聚乙二醇800，聚乙二醇1000，乙二醇，丙三醇，二乙二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方 法，其特征在于，步骤( 和步骤(3)中所述的催化剂是无机酸，催化剂与液化剂的质量比 为 1 100 1 300。
6.根据权利要求1所述的一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇 的方法，其特征在于，催化剂是硫酸、盐酸和磷酸中的一种；催化剂与液化剂的质量比为 1 100 1 300。
全文摘要
本发明公开了一种汽爆秸秆纤维素和木质素液化制备生物质多元醇的方法。本发明的优点是利用汽爆技术破坏植物致密组织的结构，增加液化剂与秸秆的接触面积，有利于液化剂的渗透反应，提高液化效率。另外，采用纤维素和木质素分别液化的方式，有利于控制液化条件和液化产物的分子量以及可反应的官能团含量，避免纤维素和木质素因液化温度不一致，造成液化产物再聚合的现象，提高了液化产物的得率。
文档编号C07C29/00GK102146017SQ20111003409
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者王岚, 陈洪章 申请人:中国科学院过程工程研究所