本发明属于化工和造纸领域，具体涉及用植物纤维原料生产木糖、高沸醇木质素及纤维的方法。
背景技术：
：竹子和秸秆中主要成分为纤维素、木质素、半纤维素(聚戊糖)，传统是用来造纸。但是传统制浆工艺造成极严重的环境污染，主要原因是造纸原料利用不合理。特别是我国制浆以竹子和秸秆类为原料，其中占原料一半的非纤维素原料及全部化工原料作为废弃物排掉。原料中非纤维素部分未能充分利用，白白浪费掉了，且还造成一定的环境污染。⑴纤维素的应用植物纤维原料广泛应用于工农业生产的各个方面，如纺织企业植物纤维纺布应用；生态饲料生态肥料生产原料；高档包装箱生产原料；可供出口的快餐盒生产原料；造纸工业；能源工业；食品工业；化工原料、建筑材料等。在未来的许多年里植物纤维均有极好的发展前景和广阔的销售市场。一般是用来造纸，近几年棉花价格持续大幅上涨，下游纺织行业成本压力剧增，通过提高棉花替代品的使用比例来缓解成本压力成为众多厂家的选择。溶解浆可以生产黏胶纤维来替代其它纤维，造纸用化学木浆和溶解浆生产工艺基本相似，目前部分造纸企业将化学浆生产线转化为木材溶解浆生产线，盈利能力大幅提升，受到市场广泛关注。溶解浆属于高纯度的精制浆，主要用于生产黏胶人造丝、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。制备溶解浆的原料主要是棉短绒和木材，由于棉短绒的价格和供应不稳定等因素，目前棉短绒浆已被部分木浆所代替，与棉短绒浆相比，木浆具有较好而均匀的黏胶加工性能，特别是黏胶过滤性能。目前非木材用于制备溶解浆也受到广泛关注，比如竹材、稻草、棉杆、麦草等。已经用于生产纤维，无纺布等。不同于造纸用浆粕，溶解浆对浆粕纤维的形态和强度没有要求，但是对纤维的聚合度和化学成分，特别是α-纤维素含量和白度有较高的要求。溶解浆级别一般以α-纤维素含量来划分，α-纤维素含量低于90％的为低级溶解浆，在90％～95％之间的为中级溶解浆，而超过95％的为高级溶解浆。⑵半纤维素(聚戊糖)的应用秸秆中半纤维经过水解为木糖，木糖是一种重要的化工原料，在食品、饮料中作为无热量甜味剂，工业上将木糖氢化还原，经结晶后获得结晶木糖醇。木糖醇是人体糖类代谢的正常中间体，在自然界中也广泛存在，尤其存在于蔬菜、水果、蘑菇等植物中，但含量较低，直接从天然物提取木糖醇成本昂贵，因此国内外商品木糖醇的生产方法，均是采用含木聚糖的植物原料，如玉米芯、甘蔗渣、桦木等，北方生产厂主要集中在山东省，采用玉米芯为原料，因此造成玉米芯原料短缺，需从外省长途调运。我们可以利用竹子或秸秆中的聚戊糖(半纤维素)蒸汽爆破水解为木糖，木糖液生产糠醛或加氢成木糖醇。⑶木质素的应用秸秆中另一个主要成分是木质素，木质素经磺化成木质素磺酸钠(木钠)产品为浅黄色(棕色)自由流动性粉末,易溶于水,化学性质稳定,长期密封储存不分解。木质素系列产品是一种表面活性剂。但是，国内目前还没有生产质量纯的木质素。为了解决环境污染和充分利用原料中的半纤维素和木质素许多研究者进行了半纤维素提取制备木糖和木质素的提取；如专利号号201010136130.X从半纤维素酸水解液中分离提纯木糖、阿拉伯糖的方法(57)该发明涉及一种从半纤维素酸水解液中分离提纯木糖、阿拉伯糖的方法，分离提纯的步骤如下：(1)将直接酸水解得到的半纤维素水解液经电渗析、膜过滤浓缩预处理，高纯水进行脱氧、过滤备用；(2)经过预处理的半纤维素水解液进入模拟移动床色谱分离装置进行分离，分离后得到两种出料液；(3)将两种出料液用多效降膜蒸发器浓缩、降温结晶得到木糖、阿拉伯糖产品。经检索可知杨益琴、李忠正发表的“有机溶剂纯化素草碱木质素《南京林业大学学报》2000，24(5)14-16，存在由于传统造纸化局限，使其木质素受到结构的影响，且安全性差。专利号CN1424459“高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法”虽然解决了原料中纤维素与木质素分离的工艺条件，但是还存在间歇生产，设备庞大的问题。以上专利也只是利用了植物纤维原料中木质素，而半纤维素提取利用并没有解决。早在2009年，我国就已超过美国，成为世界纸制品第一生产国。据统计，2012年前三季度，我国纸制品生产量为8694万吨。然而，产业快速发展的背后也有隐忧。高能耗、高污染及产能过剩，成为笼罩在造纸行业头顶上挥之不去的阴云。造纸行业面临转型。因此，提供一种生产方法，可以充分将植物纤维原料中的纤维素、木质素和半纤维素等成分合理利用，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：提供用植物纤维原料生产木糖、高沸醇木质素及纤维的方法，解决现有技术中传统造纸行业仅利用了纤维素，其它成分浪费并污染环境的问题。本发明采用的技术方案如下：本发明所述的用植物纤维原料生产木糖、高沸醇木质素及纤维的方法，采用汽爆法从植物纤维原料中提取木糖后，从提取木糖后的物料中提取出高沸醇木质素，最后将提取木质素后的物料用于造纸或溶解纤维。进一步地，所述植物纤维原料选自竹子、木材、芦苇、皇竹草、麦草、稻草、玉米秸、棉杆、蔗渣的一种。进一步地，采用汽爆法从植物纤维原料中提取木糖具体包括以下步骤：步骤1：植物纤维原料经除尘洗涤后，进入分丝机，处理成为丝状；步骤2：分丝后的物料进入热水洗涤器，用4-6倍量、80℃热水逆流连续洗涤；将水溶性物质(包括糖类)洗出来，以防气爆时焦化，使产品色泽变深；同时除去了水溶性杂质，提高木糖质量。步骤3：将经步骤2洗涤后的物料沥干水分后，进入汽爆器，将所述汽爆器封闭抽真空至80-90KPa，然后通入蒸汽加热至温度为130-160℃，再用热压缩空气加压至1.4-3.0MPa，处理时间1-5min，使木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离并将大部分半纤维素降解为木糖；步骤4：经步骤3处理的后的物料进入分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的物料经混合器配成含水70-80wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入提取机，用8-12倍量、65-85℃热水连续逆流提取，得到混合单糖提取液；步骤5：提取木糖后的纤维进入连续管式水解器中进行水解，所述水解的条件为：固液质量比1：4-6，采用硫酸为催化剂，所述催化剂的用量为0.2-1.5wt％，水解温度为100-110℃、停留时间为20-60min；由管式反应器出来的水解反应物经离心机分离，得到的清液与步骤4中的混合单糖提取液合并，得到混合提取液；步骤6：步骤5中的混合提取液采用膜浓缩至含木糖10-15wt％。进一步地，从提取木糖后的物料中提取出高沸醇木质素具体包括以下步骤：步骤A：将提取木糖后的物料加入丁二醇水溶液，混合均匀后测定催化剂硫酸的含量，不足部分补加至2wt％，以保证反应的正常进行；步骤B：将调整了催化剂含量的物料进入连续反应器内，升温至180-220℃，压力维持在1.6-2.0MPa并保持20-40分钟，然后降温至100℃，将混合物排出；步骤C：将步骤B中排出的反应物过滤，滤渣依次用丁二醇水溶液洗涤，再用40-60℃温水洗涤1次，将洗涤液与滤液合并，得混合溶液，将滤渣烘干，得粗纤维素，由于前述各部工艺的处理，纤维素中半纤维素、木质素几乎全部提取出来，纤维素的漂白也较易进行，同时减少了漂白剂的用量；步骤D：将步骤C中的混合溶液加水，搅拌，有木质素析出，过滤，滤饼用热水洗涤后，干燥，得木质素，滤液采用连续膜浓缩至丁二醇的体积浓度为75-85％，以循环使用。进一步地，所述步骤3中沥出的水，经沉淀处理后再返回步骤2洗涤所述分丝后的物料。进一步地，所述步骤B和步骤C中丁二醇水溶液中丁二醇的体积浓度为75-85％,所述步骤B中提取木糖后的物料与丁二醇水溶液的质量比为1：4-6。进一步地，所述步骤C中，滤渣依次用3倍量的丁二醇水溶液和5倍量的50℃温水洗涤。进一步地，所述步骤D中，将混合溶液置于沉降罐中，再加入3-5倍体积的水，搅拌，有木质素析出，抽滤，滤饼用60-70℃热水洗涤后，冷冻干燥，得木质素。进一步地，将步骤D中的滤液采用连续超滤膜除去树脂、色素等杂质后得到超滤液，再将超滤液用纳滤膜浓缩，脱掉水分浓缩到丁二醇的体积浓度为80％，即可重新循环使用；用膜浓缩代替了传统的蒸发提浓，节省了能源，降低操作成本。进一步地，步骤D中，采用连续膜浓缩的透过水，返回用于木质素的沉淀和洗涤。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明工艺简单，操作简便，能够充分将植物纤维原料中的纤维素、木质素和半纤维素分别提取出来有效利用，充分利用了原材料，同时减少了对环境的污染。本发明采用蒸汽爆破处理原料，由于其作用时间短，能量密度高而且集中,蒸汽分子可以渗透到纤维素与木质素等大分子之间，破坏植物组织内部结构，从而完成木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离并且半纤维素大部分转化为木糖。木质素与纤维素利用高沸醇来分离，得到高沸醇木质素(HBSL)和纤维素。采用本发明的方法所得的木糖、高沸醇木质素的收率高，纯度好，且能够实现连续化的工业生产，生产过程中产生的水、丁二醇等均回收循环利用，在降低生产成本的同时，还能减少对环境的污染。由于前述各部工艺的处理，纤维素中半纤维素、木质素几乎全部提取出来，纤维素的漂白也较易进行，同时减少了漂白剂的用量。采用本发明方法将植物纤维原料中的木质素、纤维素、聚戊糖分别提取出来有效的利用。不但能够增加利润和税收，而且可以可增加农民收入，解决就业问题，提高农副产品的利用价值，因此，有着很好的经济效益和社会效益。符合国家节能降耗和废弃物资源化利用的可持续发展的循环经济产业政策。附图说明附图1为本发明的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例1如附图1所示，本实施例提供了采用竹子生产木糖、高沸醇木质素及纤维的方法，具体包括以下步骤：原竹经除尘洗涤后，进入分丝机，成为1-2mm丝状，再行切断成2-4cm长。分丝后的物料进入热水洗涤器，用4倍量80℃热水连续逆流洗涤。洗涤后的竹丝沥干水分后，进入汽爆机。沥出的水经沉淀处理后，用于洗涤分丝后的物料。将所述汽爆器封闭抽真空至80KPa，然后通入蒸汽加热至温度为145℃，再用145℃热压缩空气加压至2.2MPa，处理时间3min，使木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离并将大部分半纤维素降解为木糖。汽爆后的物料进入分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的竹丝经混合器配成含水70wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用12倍量85℃热水连续逆流提取，得到混合单糖提取液。提取木糖后的纤维中仍有30-40％的未降解的半纤维素，使其进入连续管式水解器中进行水解，水解的条件为：固液质量比1：5，采用硫酸为催化剂，催化剂的用量为0.3wt％，水解温度为110℃、停留时间为20min。由管式反应器出来的水解反应物经离心机分离，得到的清液与木糖提取液合并，得到混合提取液；采用膜浓缩至含木糖15wt％。将提取木糖后的物料与80％体积浓度的丁二醇水溶液按固液质量比1：4混合后，测定催化剂硫酸的含量，并补足至2wt％，然后以2t/h的流量进入不锈钢连续反应器内，然后加热升温到200℃，压力维持在1.6-2.0MPa并保持20分钟，然后降温至100℃，将混合物排出。将反应后的混合物过滤，使纤维素与溶液分离。在洗浆机上先用3倍的80％体积浓度的丁二醇水溶液洗涤滤渣一次，再用5倍量的50℃温水洗2次，烘干，得到粗纤维素，该粗纤维素进一步加工用于造纸或溶解浆。将洗涤液与滤液合并，得混合溶液。将混合溶液置于沉降罐中，在室温下加入4倍体积的冷水并搅拌，大量的高沸醇木质素即可沉淀析出；将含有沉淀的混合溶液减压抽滤，并用70℃热水洗涤滤饼，将吸附于其中的丁二醇清洗干净，再减压抽滤，最后将滤饼冷冻干燥，得到棕色粉末状的HBSL。将抽滤后的滤液采用连续超滤膜除去树脂、色素等杂质后得到超滤液，再将超滤液用纳滤膜浓缩，脱掉水分浓缩到丁二醇的体积浓度为80％，即可重新循环使用。膜浓缩产生的透过水，返回用于木质素的沉淀和洗涤。实施例2如附图1所示，本实施例提供了采用麦草生产木糖、高沸醇木质素及纤维的方法，具体包括以下步骤：麦草经除尘洗涤后，进入分丝机，成为2-4mm丝状。分丝后的物料进入热水洗涤器，用6倍量80℃热水连续逆流洗涤。洗涤后的物料沥干水分后，进入连续汽爆机。沥出的水经沉淀处理后，用于洗涤分丝后的物料。将所述汽爆器封闭抽真空至90KPa，然后通入蒸汽加热至温度为160℃，再用160℃热压缩空气加压至3MPa，处理时间5min，使木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离并将大部分半纤维素降解为木糖。然后进入分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的麦草丝经混合器配成含水80wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用12倍量65℃热水连续逆流提取，得到混合单糖提取液。提取木糖后的麦草纤维中仍有30-40％的未降解的半纤维素，使其进入连续管式水解器中进行水解，水解的条件为：固液质量比1：6，采用硫酸为催化剂，催化剂的用量为1.5wt％，水解温度为100℃、停留时间为20min。由管式反应器出来的水解反应物经离心机分离，得到的清液与的混合单糖提取液合并，得到混合提取液；采用膜浓缩混合提取液至含木糖15wt％。将提取木糖后的物料与80％体积浓度的丁二醇水溶液按固液质量比1：6混合后，测定催化剂硫酸的含量，并补足至2wt％，然后进入连续反应器内，然后加热升温到180℃，压力维持在1.6-2.0MPa并保持30分钟，然后降温至100℃，将混合物排出。将反应后的混合物过滤，使纤维素与溶液分离。在洗浆机上先用3倍的80％体积浓度的丁二醇水溶液洗涤滤渣一次，再用5倍量的50℃温水洗2次，烘干，得到粗纤维素，该粗纤维素进一步加工用于造纸或溶解浆。将洗涤液与滤液合并，得混合溶液。将混合溶液置于沉降罐中，在室温下加入5倍体积的冷水并搅拌，大量的高沸醇木质素即可沉淀析出；将含有沉淀的混合溶液减压抽滤，并用70℃热水洗涤滤饼，将吸附于其中的丁二醇清洗干净，再减压抽滤，最后将滤饼冷冻干燥，得到棕色粉末状的HBSL。将抽滤后的滤液采用连续超滤膜除去树脂、色素等杂质后得到超滤液，再将超滤液用纳滤膜浓缩，脱掉水分浓缩到丁二醇的体积浓度为80％，即可重新循环使用。膜浓缩产生的透过水，返回用于木质素的沉淀和洗涤。实施例3本实施例为对比例。本实施例采用申请号为201710117536.5的专利申请文件中实施例1的方法提取木糖。实施例4本实施例为对比例。本实施例采用201710914414.9的专利申请文件中实施例1的方法提取高沸醇木质素(HBSL)。实施1-3所得的木糖的结果如下表所示。序号木糖转化率％外观纯度实施例1(本发明)91微黄99％实施例2(本发明)91.5微黄98.5％实施例3(对比例)89淡黄97％采用本发明方法制得的木糖，其转化率、外观和纯度均优于对比例。实施例1、2和4所得的HBSL的结果如下表所示。序号外观收率％纯度％实施例1(本发明)棕色粉末9898.5实施例2(本发明)棕色粉末97.897.8实施例4(对比例)棕色粉末9595采用本发明方法制得的HBSL的收率和纯情度均优于对比例。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。当前第1页1 2 3