[發(fā)明專利]一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110034092.1
• 申請日: 2011-01-31
• 公開（公告）號: CN102146017A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪章;王嵐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C07C29/00
• 分類號: C07C29/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)綜合利用領(lǐng)域，特別涉及一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法。

背景技術(shù)

開發(fā)產(chǎn)量巨大，可再生，可生物降解的環(huán)境友好型生物質(zhì)原料，尤其是秸稈類木質(zhì)纖維素原料，對保護(hù)環(huán)境和保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)原料的主要成份為纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，含有大量以羥基為代表的活性集團(tuán)，但由于結(jié)構(gòu)中大量存在的纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)是難溶，難熔的天然復(fù)合材料，難以通過加熱和加壓等方式進(jìn)行加工，因而影響了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源的利用和回收。近些年來，有人開始研究用多元醇等有機(jī)溶劑來液化木質(zhì)纖維素類原料，將固態(tài)的木質(zhì)纖維素原料降解成具有反應(yīng)活性的液態(tài)小分子，用來制備新的高分子材料，如膠黏劑，注模塑料，泡沫塑料，纖維材料等，具有廣泛的應(yīng)用前景。

專利200810198719.5公開了一種植物纖維基聚醚多元醇及其制備方法。該方法利用未經(jīng)預(yù)處理植物纖維原料液化生產(chǎn)聚醚多元醇。所生產(chǎn)的聚醚多元醇可用于生產(chǎn)保溫隔熱作用的聚氨酯硬泡。但是由于植物秸稈細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)非常緊密，液化試劑很難滲透到植物纖維原料。因此，該方法需要分批補(bǔ)料液化，以提高液化產(chǎn)物得率，從而使反應(yīng)時(shí)間增加。另外，不同的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)原料中纖維素，半纖維素和木質(zhì)素的含量是不同的，這給木質(zhì)纖維素生物質(zhì)混合液化帶來了困難。有研究表明，將纖維素和木質(zhì)素在相同條件下分別液化，在液化后期并不出現(xiàn)縮聚反應(yīng)，而當(dāng)纖維素和木質(zhì)素混合物在醇中液化時(shí)，液化后期會出現(xiàn)再縮聚反應(yīng)，生成不溶于醇的的液化殘?jiān)＠?00910193436.6公開了一種木質(zhì)素聚氨酯及其制備方法。該方法將秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的殘?jiān)蠳aOH抽提分離出的木質(zhì)素用有機(jī)溶劑溶解，再經(jīng)過環(huán)氧化物改性后，溶解于多元醇中。該方法所用的木質(zhì)素反應(yīng)活性高，可制成木質(zhì)素聚氨酯材料。這說明從生物質(zhì)原料中分離出木質(zhì)素后，再進(jìn)行多元醇液化，制備的液化產(chǎn)物更適用于后續(xù)的加工利用。

基于上述分析，本發(fā)明首先利用蒸汽爆破(簡稱汽爆)處理秸稈，以增加秸稈物料與液化劑的反應(yīng)面積，提高液化劑的可及性。汽爆技術(shù)是目前木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理中廣泛采用的方法。其原理是通過用一定壓力的水蒸氣等介質(zhì)對植物進(jìn)行爆破，利用以蒸汽形式出現(xiàn)的熱量，由水蒸汽膨脹引起的剪切力以及糖苷鍵水解的共同作用達(dá)到破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的目的。其次，本發(fā)明用稀堿液(濃度0.2％～2％)分離汽爆秸稈中的纖維素和木質(zhì)素，并在不同的液化條件下對兩者分別液化，從而提高生物質(zhì)多元醇的得率和品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法。首先，利用汽爆技術(shù)破壞植物致密組織的結(jié)構(gòu)，增加液化劑與秸稈的接觸面積，同時(shí)在汽爆的高溫高壓以及瞬時(shí)泄壓的作用下，秸稈中的半纖維素被降解，避免其在液化時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成羧酸，從而使液化產(chǎn)物組成變得復(fù)雜，降低生物質(zhì)多元醇的質(zhì)量。其次，本發(fā)明采用纖維素和木質(zhì)素分別液化的方式，有利于控制液化條件和液化產(chǎn)物的分子量以及可反應(yīng)的官能團(tuán)含量。避免纖維素和木質(zhì)素因液化溫度不一致，造成液化產(chǎn)物再聚合的現(xiàn)象，提高液化產(chǎn)物的得率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)汽爆秸稈的制備：

首先將秸稈(含水量小于5％)切成3-5cm的碎塊。稱取100g秸稈碎塊，加入150ml自來水，并混合均勻。將濕物料送入汽爆罐中，在0.8MPa～1.3Mpa的蒸汽壓力下維壓1min～4min后卸料。汽爆后的物料干燥后備用。

其中所述的秸稈包括玉米秸稈，小麥秸稈，稻稈，玉米芯，芒草。

(2)汽爆秸稈中纖維素和木質(zhì)素的組分分離；

在汽爆秸稈中加入0.2％～2％的堿液在70℃～90℃下處理1h～2h，汽爆秸稈質(zhì)量(g)和堿液體積(ml)的比例為1∶10～1∶20。反應(yīng)結(jié)束進(jìn)行固液分離。得到的固形物即為汽爆秸稈纖維素。得到的過濾液經(jīng)過超濾膜濃縮后得到汽爆秸稈木質(zhì)素。

其中，步驟(1)所述的堿液是由NaOH、KOH、Na₂SO₃和Na₂S中一種或幾種的水溶液。；所述的超濾膜為聚砜膜，截留分子量為6000。

(3)汽爆秸稈纖維素液化制備生物質(zhì)多元醇：