专利名称：一种二氧化碳催化制备蔗渣微晶纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备高分子材料领域，尤其属于制备微晶纤维素的方法。
背景技术：
天然纤维素是世界上最丰富的高分子有机材料，是当今新材料领域开发研究引人注目的领域。石油的日趋枯竭导致近年来石油原料价格不断上涨，随着人类逐渐认清石油对环境和人类健康带来的负面影响，人类更加关注纤维素这一可再生资源。然而纤维素的化学性质非常稳定，这严重制约了纤维素的应用。对纤维素降解，深加工以获得化工原料和中间体一直是各国研究的热点。微晶纤维素是由天然纤维素经过降解达到极限聚合度的多糖类物质。由于具有多方面的用途和优良的性能，现已广泛用于食品、化妆品、医药以及合成革领域。从二十世纪七十年代开始我国在微晶纤维素生产与应用方面不断取得新进展。然而，与国外相比，我国的微晶纤维素产品，在品种、产量、质量及其应用途径上，都有很大差距。例如美国FMC生产的PH300系列远优于我国产品，为了使这一新产品在国内迅速发展起来，缩小与国外的差距，我国必须在生产方法与工艺技术、产品质量与品种等方面进行改进和研究，以满足国民经济全面增长的需要。各国生产的微晶纤维素，种类繁多，性质不一，所采用的原料、工艺条件和设备也不尽相同。但是，其主要制造原理和基本工艺路线还是一致的，即采用酸水解、洗涤、干燥、粉碎等化工过程制造微晶纤维素。目前工业化生产的方法主要有化学法、机械法，此外还有微生物发酵法即酶解法正在研制发展过程中。为了进一步实现市场效益，人们在不断的探索利用更廉价的原料和更环保的方法来制备微晶纤维素。蔗渣是糖厂生产的废弃物，含有丰富的天然纤维素，目前蔗渣主要用作燃料和造纸。通过降解蔗渣纤维素，生产出高附加值的微晶纤维素产品，将会实现蔗渣的高值化利用。广西是产糖大省，有大量的蔗渣资源，因此发展纤维素的加工生产有着得天独厚的条件。传统的由甘蔗渣制备微晶纤维素的生产路线为甘蔗渣一预处理一加盐酸、助剂水解一加水、除灰剂洗涤一干燥、造粉一产品。此种方法制备蔗渣微晶纤维素，由于使用强酸作为催化剂，设备腐蚀严重。此外，含酸废液的排放对周围环境造成污染。本发明以亚临界水为反应媒介、CO2为催化剂催化降解甘蔗渣制备微晶纤维素，工艺简单，采用的原料来源广泛、成本低廉，产品清洁无污染，整个过程无三废排放，实现真正意义上的绿色化工生产。亚临界水是指温度高于其沸点但低于临界温度，且压力低于其临界压力的液态水。亚临界水中的[H3O+]和
已接近弱酸或弱碱，在饱和蒸气压下，亚临界水的电离常数在260°C附近有一极大值约为I(T11Oii0Vkg)2,其值是常温常压水的1000倍，且电离常数随压力的增加而增大，因此自身具有酸催化与碱催化的功能。在亚临界水体系中充入0)2气体，一方面可以给体系提供压力，增大亚临界水的电离常数；另一方面，溶解在亚临界水中的CO2能够生成H2CO3, H2CO3电离出的[H3O+]又可以增大体系的氢离子浓度，进一步促进酸催化的作用。在亚临界水中降解天然纤维素，不仅能制备出清洁无污染的微晶纤维素，而且
3在工业生产中从源头上消除污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种清洁无污染、整个过程无三废排放的制备蔗渣微晶纤维素的方法，它能够克服现有的用强酸作催化剂制备甘蔗渣微晶纤维素的缺点。本发明制备蔗渣微晶纤维素的方法是以140 250°C的亚临界水为反应媒介、在CO2气体的催化下实现的，工艺包括如下步骤(1)原料处理将蔗渣纤维素浆粕与去离子按重量比为1 10 100充分混合，浸泡10 60分钟，装入高压釜中；(2)高温高压反应通入CO2置换釜内空气后，充入0.5 lOMI^a的CO2气体，反应温度为140 250°C，反应时间为10 180分钟；(3)产品精制经过离心分离、漂白、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤
会佳·ο本发明方法简单易行，得到的蔗渣微晶纤维素色泽洁白，聚合度为50 300，产品可以用于食品工业、日用化工以及轻工等领域。
具体实施例方式以下通过具体实施实例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不限制本发明。实施例1准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水100g，充分混合后浸泡10分钟，装入高压釜中。通入0)2置换釜内空气后，充入0. 5MPa的0)2气体，在140°C下反应180分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为四8。实施例2准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水200g，充分混合后浸泡20分钟，装入高压釜中。通入CO2置换釜内空气后，充入2. OMPa的CO2气体，在160°C下反应150分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为263。实施例3准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水400g，充分混合后浸泡30分钟，装入高压釜中。通入CO2置换釜内空气后，充入4. OMPa的CO2气体，在180°C下反应120分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为对6。实施例4 准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水500g，充分混合后浸泡40分钟，装入
4高压釜中。通入CO2置换釜内空气后，充入6. OMI^a的CO2气体，在200°C下反应90分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为181。实施例5准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水600g，充分混合后浸泡50分钟，装入高压釜中。通入CO2置换釜内空气后，充入8. OMI^a的CO2气体，在220°C下反应60分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为108。实施例6准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水lOOOg，充分混合后浸泡60分钟，装入高压釜中。通入ω2置换釜内空气后，充入10. OMPa的(X)2气体，在250°C下反应10分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为87。实施例7准确称取蔗渣纤维素浆粕10g，加入去离子水800g，充分混合后浸泡50分钟，装入高压釜中。通入CO2置换釜内空气后，充入5. OMI^a的CO2气体，在250°C下反应30分钟。反应结束后移出高压釜冷却，打开釜盖，倒出混合液，离心，倾倒出上层液体，得到的固体即为蔗渣微晶纤维素。对粗产品进行漂白、洗涤、过滤、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维素，聚合度为51。
权利要求
1.一种微晶纤维素的制备方法，其特征在于是以140 250°C的亚临界水为反应媒介、在(X)2气体的催化下通过降解蔗渣纤维素来实现，其工艺包含如下步骤(1)原料处理将蔗渣纤维素浆粕与去离子充分混合，浸泡10 60分钟，装入高压釜中；(2)高温高压反应通入(X)2置换釜内空气后，充入0.5 IOMPa的(X)2气体，反应温度为140 250°C，反应时间为10 180分钟；(3)产品精制经过离心分离、漂白、干燥、粉碎处理，即得到纯白色的蔗渣微晶纤维ο
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的蔗渣纤维素浆粕是从甘蔗渣造纸制浆得到的浆粕原料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于蔗渣纤维素浆粕与去离子水的重量比为1 10 100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述蔗渣微晶纤维素的聚合度为50 300。
全文摘要
本发明涉及一种用二氧化碳催化降解甘蔗渣纤维素制备微晶纤维素的制备方法。使用甘蔗渣造纸制浆得到的原料——蔗渣纤维素浆粕与去离子水为原料，以亚临界水为反应媒介、CO2为催化剂，工艺简单，使用的原料来源广泛、成本低廉，所得到的蔗渣微晶纤维素聚合度为50～300，产品清洁无污染，整个过程无三废排放，从当前节能减排、原子经济来讲有着重要意义。
文档编号D21C5/00GK102392378SQ20111023052
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者吴睿, 彭小玉, 曹咏梅, 李克贤, 王则奋, 王犇, 王金淑, 黄科林 申请人:中国科技开发院广西分院, 北京工业大学, 广西壮族自治区化工研究院