一种棉杆综合利用的新方法
【专利摘要】本发明涉及一种综合利用棉杆的新方法。依次采取稀酸水解、乙醇溶液提取和化学活化三个步骤，将棉杆中的半纤维素、木质素和纤维素三种主要组分进行分离，并依次制备为食品级木糖、乙醇木质素和高比表面积活性炭。根据本发明，每吨棉杆将得到0.1吨木糖、0.1吨乙醇木质素和0.1吨活性炭。本方法以农业废弃物为原料，全程无废渣排放，产品附加值高，工艺省水，产品活性炭可进行自给和循环利用，实现了棉杆资源的综合利用，变废为宝，经济和社会效益明显。
【专利说明】一种棉杆综合利用的新方法
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及棉杆综合利用和一种新方法，涉及到棉杆依次制备木糖(醇)、有机溶剂木质素、微晶纤维素、高比表面积活性炭的新方法。属于生物质(农业副产物)综合利用领域。
二、【背景技术】
[0002]我国为世界最大产棉国,年产棉杆超过2000万吨。棉杆富含半纤维素、木质素和纤维素，但是由于质地坚硬、营养成分少，目前大量棉杆被焚烧、弃置或者粉碎还田，造成环境污染和资源浪费。
[0003]在“92106502.7，，、“200710116511.Χ，，、“200510051367.7，，、“200510085007.9”、“200510084302.2”和“200510084303.7”等专利中，介绍了棉杆制浆的技术；在专利“200610042215.5”中，公开了以棉杆为原料，经粉碎、拌酸、水解和精制后得到了糠醛的技术；在专利“CN 1759716Α”中，公开了一种使用棉杆等原料制备饲料用低聚木糖、磷酸氢钙联合生产方法。在专利“201010237870.2”介绍了一种棉杆稀酸水解及生产乙醇的方法。
[0004]以上专利对棉杆的开发利用进行了研究，但是主要为棉杆中某一组分(如半纤维素或纤维素)的利用，均未提及棉杆中各组分的综合利用。本专利出一种综合利用棉杆的新方法。内容为依次采取稀酸水解、乙醇溶液提取和化学活化三个步骤，将棉杆中的半纤维素、木质素和纤维素三种主要组分进行分离，并依次制备为食品级木糖、乙醇木质素和高比表面积活性炭。
三、
【发明内容】
[0005]本发明包括三个主要步骤:
[0006](一 )、第一步为棉杆的酸解:
[0007]使用一定浓度的酸溶液，在一定温度下将棉杆的半纤维素水解一定时间，得到富含木糖的水溶液，通过提纯、结晶等方法进行分离，得到食品级木糖。剩余残渣(命名为残渣I)进入下一步工艺；
[0008]( 二)、第二步为棉杆残渣中木质素的提取:
[0009]使用一定浓度的有机溶剂或混合物，在一定催化剂作用下，在一定温度下提取棉杆残渣中的木质素，加入沉淀剂后得到有机溶剂木质素产品，剩余残渣(命名为残渣2)进入下一步工艺；
[0010](三)、第三步为棉杆残渣2制备活性炭:
[0011]采用方物理或者化学活化的方法，将棉杆残渣2制备为活性炭。物理活化法，指以水蒸汽、二氧化碳等气体，在一定条件下处理炭化后的棉杆或其残渣；化学活化法，指以氯化锌、磷酸、氢氧化钾(钠)、碳酸钠等作为活化剂，在一定条件下处理炭化后的棉杆或其残渣，得到活性炭后进行洗涤、干燥。
[0012]通过以上三个步骤，可将棉杆依次转化为木糖、有机溶剂木质素和高比表面积活性炭，全程无固体废弃物排放，产品附加值高，实现棉杆的综合利用。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0013]棉杆综合利用的流程示意图。
五、【具体实施方式】
[0014]具体实施1:取棉杆I千克，使用3%的硫酸溶液10千克，于常压下煮沸回流3小时，过滤分离得到水解液I和残渣I。水解液使用氢氧化钙或者碳酸钠中和到中性后，进行活性炭脱色、减压除水、结晶、纯化等过程，得到纯度超过98.5%的食品级木糖103克；棉杆残渣I与4升80%的乙醇水溶液混合，于水解釜中加热到200°C保温3小时，冷却后过滤分离，得到水解液2和残渣2.在水解液2中加入3倍体积的水，形成乙醇木质素沉淀，过滤分离后进行真空干燥，得到褐色乙醇木质素113克；棉杆残渣2干燥后，在300°C下进行无氧碳化30分钟，加入3倍质量的氢氧化钾活化剂，于700°C下无氧活化30分钟，得到比表面积2600m2/g的活性炭102克。
[0015] 具体实施2:取棉杆I千克，使用2%的盐酸溶液10千克，于常压下煮沸回流3小时，过滤分离得到水解液I和残渣I。水解液使用氢氧化钙或者碳酸钠中和到中性后，进行活性炭脱色、减压除水、结晶、纯化等过程，得到纯度超过98.5%的食品级木糖115克；棉杆残渣I与4升80%的甲酸水溶液混合，于水解釜中加热到80°C保温3小时，冷却后过滤分离，得到水解液2和残渣2.在水解液2中加入碳酸钠溶液进行中和，形成木质素沉淀，过滤分离后进行真空干燥，得到深褐色木质素136克；棉杆残渣2干燥后，在40(TC下进行无氧碳化20分钟，加入3倍质量的氯化锌活化剂，于900°C下无氧活化40分钟，得到比表面积2400m2/g的活性炭122克。
[0016]具体实施3:取棉杆I千克，使用I %的硫酸溶液10千克，于水解釜中加热至120度并保温2小时，过滤分离得到水解液I和残洛I。水解液使用氢氧化钙或者碳酸钠中和到中性后，进行活性炭脱色、减压除水、结晶、纯化等过程，得到纯度超过98.5%的食品级木糖108克；棉杆残渣I与4升70%的1，4 丁二醇水溶液混合，于水解釜中加热到210°C保温3小时，冷却后过滤分离，得到水解液2和残渣2.在水解液2中加入三倍体积的水后，形成木质素沉淀，过滤分离后进行真空干燥，得到褐色酯状木质素140克；棉杆残渣2干燥后，在350°C下进行无氧碳化30分钟，通入水蒸汽，于900°C下无氧活化60分钟，得到比表面积2200m2/g的活性炭135克。
【权利要求】
1.第一步半纤维素水解技术中: 酸指无机酸和有机酸两类，无机酸包括硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、固体超强酸、杂多酸等；有机酸包括甲酸、乙酸等。 酸的浓度:0.001-80% (质量分数)，溶剂为水。 温度范围:80-200°C
2.第二步棉杆残渣中木质素的提取技术中: 有机溶剂指:⑴醇:包括低沸点的醇(甲醇、乙醇等)和高沸点的醇(乙二醇、1，4_ 丁二醇、1，3 丁二醇等)；(2)有机酸:包括甲酸、乙酸等有机溶剂的浓度:1-90% (体积比) 催化剂:指碱(土)金属的化合物 温度:70-220°C范围
3.第三步棉杆残渣2制备活性炭技术中: 物理活化法，指以水蒸汽、二氧化碳等气体，在700-1100°C、无氧条件下处理炭化后的棉杆或其残渣30-150分钟。 化学活化法，指以氯化锌、磷酸、氢氧化钾(钠)、碳酸钠等作为活化剂，在300-90(TC、无氧条件下处理炭化后的棉`杆或其残渣30-150分钟，并对产品进行洗涤、干燥。
【文档编号】C08H7/00GK103540692SQ201210245167
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】张宏喜, 曾永明, 李楠, 曾何华, 耿莉莉, 周婷婷 申请人:昌吉学院