一种利用木质纤维素清洁制备纤维素的工艺的制作方法
【专利摘要】一种利用木质纤维素清洁制备纤维素的工艺属于生物化工领域。该方法以农业木质纤维废弃物为原料，进行酸蒸汽爆破预处理，去除半纤维素；将汽爆物料与有机溶剂，碱和水添加到高压反应釜中，有机溶剂浓度为40～90％，碱添加量占汽爆物料的0.01～0.2％，升温至80～280℃，在此温度下反应1～5h,反应结束后降温，过滤得到弱碱有机溶剂物料；通过过氧化氢催化碳酸酯产过氧酸处理弱碱有机溶剂物料，每克物料添加0.1～0.4mol的过氧化氢，物料浓度为10～100g/L，温度50～90℃，处理0.5～3h,过滤水洗得到纤维素。本发明工艺将汽爆、弱碱、有机溶剂和过氧化氢催化碳酸酯产过氧酸结合起来，整个工艺方法清洁环保，经济可行。
【专利说明】
一种利用木质纤维素清洁制备纤维素的工艺
技术领域
[0001]本发明属于生物化工领域，涉及一种利用农业木质纤维废弃物清洁制备高纯度纤维素的方法。
【背景技术】
[0002]纤维素是生物质原料的主要组成成分之一，占40%左右，是一种自然界储量最丰富的可再生的、可生物降解的天然高分子聚合物。
[0003]纤维素应用广泛，以分离纯化的纤维素为原料，可以制备酯类衍生物和醚类衍生物，可用于石油钻井，食品，陶瓷釉料，日用化工，石墨制品，涂料等。另外，也可用做建筑材料，如干粉砂浆建材，内外墙耐水腻子粉，粘结剂，填缝剂等。工业上制备纤维素的方法是亚硫酸盐法和碱法，这两种方法分别需要使用大量的亚硫酸盐和高浓度的碱溶液，环境污染严重且后期水处理困难。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种绿色环保的利用农业木质纤维废弃物制备纤维素的方法，包括以下步骤:
[0005]制备纤维素的清洁方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)以农业木质纤维废弃物为原料，按照固体原料与液体的质量比为1:1?1:6加入质量浓度为0.1 %?I %的酸溶液，在25?80 °C放置I?10小时，压滤排出没有被吸收的酸溶液，得到经酸预处理的物料；
(2)将步骤(I)所述经酸预处理的物料输送至蒸汽爆破机，将0.4?2.0MPa的蒸汽通入到蒸汽爆破机的滞留器筒体，物料在滞留器筒体内停留5?40min，将物料推送至滞留器筒体尾部喷爆装置，打开气动球阀，使压力降至一个标准大气压，得到蒸汽爆破物料；
(3)将步骤(2)所述蒸汽爆破物料进行水洗，去除半纤维素的水解产物，烘干得到去除半纤维素的汽爆物料；
(4)将步骤(3)所述汽爆物料按照汽爆物料和混合体系质量比为1:20?1:5加入到混合体系中，该混合体系中有机溶剂体积百分比是40?90 %，碱的质量百分比含量为0.01?
0.2%，将高温反应釜温度升至80?280°C，反应时间是I?5小时，反应结束后过滤，30?600C烘干得到弱碱有机溶剂物料；
(5)将步骤(4)所述弱碱有机溶剂物料按照5?100g/L的物料浓度加入到碳酸酯中，每克弱碱有机溶剂物料再添加0.1?0.4mol的过氧化氢，在50?90 °C的温度下处理0.5?3h,过滤水洗得到纤维素。
[0006]优选地，步骤(I)所述原料来源为玉米芯、玉米秸杆、甘蔗渣、棉杆、稻草杆、木薯酒糟中的一种或多种。
[0007]优选地，步骤(I)所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、乙酸、亚硫酸中的一种或多种。
[0008]优选地，步骤(3)所述的半纤维素的水解产物是木糖，阿拉伯糖，甘露糖，半乳糖，鼠李糖。
[0009]优选地，步骤(4)所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六环、甲酸、乙酸中的一种或多种。
[0010]优选地，步骤(4)所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钱中的一种或几种。
[0011]优选地，步骤(5)所述的碳酸酯为所有含碳酸酯官能团的试剂，如碳酸二甲酯，乙基碳酸酯，环己基碳酸酯等。
[0012]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0013]1.本发明通过设计合理的工艺参数，使得整个工艺路线不仅适用于农业木质纤维废弃物原料，还适用于非粮作物原料。
[0014]2.本发明使用酸浸泡和蒸汽爆破处理，显著地降解了半纤维素，提高了纤维素的提取产率。
[0015]3.本发明使用有机溶剂处理汽爆物料，清洁环保，且使用后有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六环、甲酸、乙酸中的一种或多种)可通过精馏循环使用。
[0016]4.本发明采用过氧化氢催化碳酸酯产过氧酸反应处理有机溶剂物料，反应后产物为甲醇，清洁可行，有广阔的发展空间。
【附图说明】
[0017]图1纤维素制备流程图；
[0018]图2为制备的纤维素；
[0019]图3为本发明实施例1中提取的纤维素的13CCP/MAS NMR谱图。
【具体实施方式】
[0020]下述实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021]实施例1
[0022]以玉米芯为原料制备纤维素，具体方法为:取300g粉粹至直径Icm的玉米芯，加入500mL质量分数为0.2 %的稀硫酸溶液，在25 °C放置1h，压滤排出没有吸收的酸溶液继续回用。将酸预处理的玉米芯倒入蒸汽爆破机，通入1.0MPa的蒸汽压力，玉米芯在滞留器筒体内停留lOmin，降压至一个大气压，水洗得到汽爆物料，烘干。取1g干燥的汽爆物料，加乙醇90mL，加水1mL，添加氢氧化钠0.2g，在高压反应釜中升温至200°C，搅拌速度为300rmp，反应lh。冷却至室温后过滤水洗，在40 °C烘干。取5g烘干后的物料加入到50mL碳酸二甲酯中，添加17g过氧化氢，在60°C的温度下处理2h，过滤水洗，在40°C烘干，得到纤维素。通过13CCP/MAS核磁检测谱图，来自半纤维素的羰基含量几乎为零，表明半纤维素含量几乎为零，木质素也几乎检测不出，该纤维素中几乎不含半纤维素和木质素。
[0023]实施例2
[0024]以稻草杆为原料制备纤维素，具体方法为:取300g稻草杆，水洗除去灰尘及杂质，加入1.2L质量分数为0.3 %的草酸溶液，在80°C放置Ih，压滤排出没有吸收的酸溶液继续回用。将酸预处理的稻草杆倒入蒸汽爆破机，通入0.SMPa的蒸汽压力，稻草杆在滞留器筒体内停留lOmin，降压至一个大气压，水洗得到汽爆物料，烘干。取1g干燥的汽爆物料，加I，4_二氧六环40mL，加水60mL，加氢氧化钱0.04g，在高压反应爸中升温至180°C，搅拌速度为300rmp,反应5h。冷却至室温后过滤，在50°C烘干。取5g烘干后的物料加入到80mL碳酸二乙基酯中，添加过氧化氢25.5g，在90°C的温度下处理0.5h，过滤水洗，在40°C烘干，得到纤维素。
[0025]实施例3
[0026]以甘蔗渣为原料制备纤维素，具体方法为:取300g甘蔗渣，水洗除去杂质，加入IL质量分数为1%的磷酸溶液，在40°C放置6h，压滤排出没有吸收的酸溶液继续回用。将酸预处理的甘蔗渣倒入蒸汽爆破机，通入2.0MPa的蒸汽压力，稻草杆在滞留器筒体内停留40min，降压至一个大气压，水洗得到汽爆物料，烘干。取15g干燥的汽爆物料，加甲酸30mL，加水20mL，加氢氧化钾0.0Ig，在高压反应釜中升温至280°C，搅拌速度为300rmp，反应3h。冷却至室温后过滤，在50°C烘干。取5g烘干后的物料加入到500mL环己基碳酸酯中，添加过氧化氢51g，在50 0C的温度下处理3h，过滤水洗，在40 0C烘干，得到纤维素。
【主权项】
1.一种制备纤维素的清洁方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)以农业木质纤维废弃物为原料，按照固体原料与液体的质量比为1:1?1:6加入质量浓度为0.1 %?I %的酸溶液，在25?80 °C放置I?10小时，压滤排出没有被吸收的酸溶液，得到经酸预处理的物料； (2)将步骤(I)所述经酸预处理的物料输送至蒸汽爆破机，将0.4?2.0MPa的蒸汽通入到蒸汽爆破机的滞留器筒体，物料在滞留器筒体内停留5?40min，将物料推送至滞留器筒体尾部喷爆装置，打开气动球阀，使压力降至一个标准大气压，得到蒸汽爆破物料； (3)将步骤(2)所述蒸汽爆破物料进行水洗，去除半纤维素的水解产物，烘干得到去除半纤维素的汽爆物料； (4)将步骤(3)所述汽爆物料按照汽爆物料和混合体系质量比为1:20?1:5加入到混合体系中，该混合体系中有机溶剂体积百分比是40?90 %，碱的质量百分比含量为0.01?0.2%，将高温反应釜温度升至80?280°C，反应时间是I?5小时，反应结束后过滤，30?600C烘干得到弱碱有机溶剂物料； (5)将步骤(4)所述弱碱有机溶剂物料按照5?100g/L的物料浓度加入到碳酸酯中，每克弱碱有机溶剂物料再添加0.1?0.4mol的过氧化氢，在50?90 °C的温度下处理0.5?3h,过滤水洗得到纤维素。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述原料来源为玉米芯、玉米秸杆、甘蔗渣、棉杆、稻草杆、木薯酒糟中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、乙酸、亚硫酸中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(3)所述的半纤维素的水解产物是木糖，阿拉伯糖，甘露糖，半乳糖。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(4)所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、I，4_二氧六环、甲酸、乙酸中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(4)所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(5)所述碳酸酯为碳酸二甲酯，二乙基碳酸酯或环己基碳酸酯。
【文档编号】D21C3/20GK105951488SQ201610516174
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月2日
【发明人】王文雅, 王素君, 袁其朋
【申请人】北京化工大学