[發明專利]一種從木質纖維素生物質中提取木質素的工藝

有效

• 申請號: 201110373897.9
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN103131017A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 唐一林;江成真;高紹豐;劉潔;馬軍強;栗昭爭
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及一種木質素提取工藝，具體地說是一種利用有機酸從木質纖維素中提取木質素的工藝。

背景技術

木質素是由聚合的芳香醇構成的一類物質，存在于木質組織中，主要作用是通過形成交織網來硬化細胞壁。木質素主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。在木本植物中，木質素占25％，是世界上第二位最豐富的有機物，僅次于纖維素。

隨著人類對環境污染和資源危機等問題的認識不斷深入，天然高分子所具有的可再生、可降解等性質日益受到重視。廢棄物的資源化與可再生資源的利用，是當代經濟與社會發展的重大課題，也是對當代科學技術提出的新要求。在自然界中，木質素的儲量僅次于纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。制漿造紙工業每年要從植物中分離出大約1.4億噸纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質素副產品，但迄今為止，超過95％的木質素仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后燒掉，很少得到有效利用。

事實上，木質素是一種很有價值的化工原料，高純度的無硫木素可用做酚類樹脂、聚氨酯泡沫、環氧樹脂等聚合物添加劑以及土壤改良劑、農藥緩釋劑等，木素應用在這些方面可使其附加值遠高于作為燃料燃燒后回收熱量的附加值。目前，木素主要是作為制漿造紙副產品生產的，例如木素磺酸鹽、硫酸鹽木素等。但這些木素含有硫元素同時木素純度較低、成分復雜、分子量分布廣、粘度低、分散度高、加工性能差、幾乎沒有熱塑性能，因而大大限制了其工業應用。因此，開發清潔的、可有效提高木質纖維原料酶解性能的預處理工藝，是實現木質纖維原料的生物煉制和高值化利用的關鍵。

木質纖維素生物質以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，其中，纖維素占40％左右，半纖維素占25％左右，木質素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的木質纖維素生物質總量超過2000億噸，因此木質纖維素生物質是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

中國專利CN101864683A公開了一種木質纖維原料的預處理方法，該專利將木質素原料與有機酸溶液和催化劑的混合液混合后，進行第一步處理，得到液固混合物并進行固液分離，得到預處理液和纖維素固體；采用有機酸溶液洗滌得到纖維素固體；將得到的預處理黑液與得到的洗滌黑液混合后循環用于第一步處理過程；循環使用至少3次的黑液進行有機酸、木素產品和糖漿溶液回收。將收集的黑液進行閃蒸或蒸發，得到有機酸和濃縮黑液，向黑液中添加2-10倍體積的水得到木素產品和糖漿溶液，從而實現木質纖維原料的高值化利用。但該專利也存在以下缺點：1、從說明書中的描述可以看出，該工藝是采用有機酸與以硫酸為代表的催化劑混合進行第一步催化，反應過程中需要添加催化劑進行催化；2、該工藝采用有機酸和以硫酸為代表的催化劑共同酸解生物質，在蒸餾有機酸步驟中，若有機酸蒸餾不完全，則木質素無法完全析出，若將有機酸完全蒸餾出后，則加入其中的硫酸濃度上升，會使得其中的木質素炭化，影響木質素的提取率；3、雖然整個工藝中提取和洗滌纖維素均使用相同的有機酸，且將收集的預處理液和洗滌液直接用于循環至第一步的反應釜中，但整個混合液內也大量積聚了溶解其中的木質素和戊糖溶液，鑒于有機酸萃取的飽和度限制，其混合黑液提取木質素的有效程度會大幅降低，因此，該步驟雖然是循環反應，但對于整體的提取效率作用并不大；4、混合得到的黑液需要循環3次以上再進行蒸發處理以分離出有機酸，并稀釋得到的濃縮液使得木質素析出，會使得一次性處理的黑液和濃縮液的數量極大，不僅影響處理效率而且也難以實現工藝的連續性；5、從說明書中可以看出，該工藝中木質素提取率僅為6-16％，整個工藝的提取率相對比較低。