[發(fā)明專利]一種從生物質(zhì)原料中提取木質(zhì)素的工藝

有效

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• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103030816A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 唐一林;江成真;劉潔;劉云鵬;高紹豐
• 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;C08H8/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)素提取工藝，具體地說是一種利用有機酸從生物質(zhì)原料中提取木質(zhì)素的工藝。

背景技術

木質(zhì)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(huán)氧樹脂等聚合物添加劑以及土壤改良劑、農(nóng)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(chǎn)品生產(chǎn)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(yè)應用。因此，開發(fā)清潔的、可有效提高木質(zhì)纖維原料酶解性能的預處理工藝，是實現(xiàn)木質(zhì)纖維原料的生物煉制和高值化利用的關鍵。

以植物體的形式存在的生物質(zhì)原料，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中，纖維素占40%左右，半纖維素占25%左右，木質(zhì)素占20%左右，地球上每年由光合作用生成的生物質(zhì)原料總量超過2000億噸，因此生物質(zhì)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(zhì)纖維原料的預處理方法，該專利將木質(zhì)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(huán)用于第一步處理過程；循環(huán)使用至少3次的黑液進行有機酸、木素產(chǎn)品和糖漿溶液回收。將收集的黑液進行閃蒸或蒸餾，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(chǎn)品和糖漿溶液，從而實現(xiàn)木質(zhì)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蒸煮生物質(zhì)，在蒸餾有機酸步驟中，若有機酸蒸餾不完全，則木質(zhì)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(zhì)素炭化，影響木質(zhì)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(huán)至第一步的反應釜中，但整個混合液內(nèi)也大量積聚了溶解其中的木質(zhì)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(zhì)素的有效程度會大幅降低，因此，該步驟雖然是循環(huán)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(huán)3次以上再進行蒸餾處理以分離出有機酸，并稀釋得到的濃縮液使得木質(zhì)素析出，會使得一次性處理的黑液和濃縮液的數(shù)量極大，不僅影響處理效率而且也難以實現(xiàn)工藝的連續(xù)性；5、從說明書中可以看出，該工藝中木質(zhì)素提取率僅為6-16%，整個工藝的提取率相對比較低。

中國專利CN101514349A公開了一種由竹材纖維制備燃料乙醇的方法。該專利也是以甲酸和乙酸的混合酸液蒸煮水解半纖維素，并直接向脫出的濾液中加水析出木質(zhì)素沉淀以此分離出木質(zhì)素加以利用。由于其采用甲酸和乙酸的混合有機酸液作為蒸煮液，因此無需添加催化劑，該專利雖然在一條工藝線路中將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相分離，但該工藝的設計也是以提取纖維素作為最終目的的，整條工藝的設計并沒有考慮木質(zhì)素和戊糖的損失；這從其選用的甲酸濃度為10%、乙酸濃度為70%即可看出，當有機酸液中甲酸的含量明顯低于乙酸的含量時，由于乙酸的酸性弱于甲酸，因此生物質(zhì)中纖維素骨架的打散程度較差，會進一步阻礙纖維素被蒸煮，最大限度的保留纖維素固體。而鑒于此，纏繞于纖維素骨架周圍的木質(zhì)素的溶解提取液會受到較大的影響，對于以纖維素的提取為最終目的的工藝而言并不適用；而且該工藝在分離木質(zhì)素一步中加水提取沉淀的步驟中，會因為溶液中大量含有甲酸和乙酸而使得木質(zhì)素難以全部脫出，即便大量加水也會因為甲酸和乙酸溶解其中而無法保證木質(zhì)素完全析出，造成木質(zhì)素損失。顯然，該工藝僅重點考慮了最大限度提取纖維素的工藝，對于以木質(zhì)素為最終提取產(chǎn)物的工藝而言并無指導作用。

中國專利CN1170031C公開了一種用甲酸和乙酸的混合物作為蒸煮化學劑生產(chǎn)紙漿的方法。該專利在以甲酸蒸煮草本植物和闊葉樹生產(chǎn)紙漿時，添加乙酸作為附加的蒸煮化學劑，即可得到含有半纖維素和纖維素的紙漿，并且使用過的蒸煮液蒸餾出甲酸和乙酸的混合酸液進行循環(huán)利用，并可以對剩余的濃縮液進行處理得到木質(zhì)素。該方法雖然解決了蒸煮生物質(zhì)的過程中需要添加催化劑的問題，但由于該方法主要用于制備紙漿，其目的是最大限度的保留纖維素以及部分的半纖維素，其整個工藝設計均是以此為目的，而對于其中木質(zhì)素的損失與否并未予以考慮，而且也并未給出對于木質(zhì)素的處理工藝，因此該工藝對于以木質(zhì)素為提取產(chǎn)物的工藝而言并不適用。