[發(fā)明專利]一種以共軛酸堿對為介質(zhì)的木質(zhì)纖維素抽提方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410440766.1
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104328225A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦夢華;張永超;王兆江
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: C13K13/00
• 分類號: C13K13/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以共軛酸堿對為介質(zhì)的木質(zhì)纖維素抽提方法，屬于生物質(zhì)精煉領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的制漿造紙產(chǎn)業(yè)中，生物質(zhì)原料中大部分半纖維素在蒸煮過程中溶出，在堿回收過程中與黑液中的木素一起燃燒掉。這對于熱值只有木素一半的半纖維素來說，造成了資源的嚴重浪費。結(jié)合當今全球范圍內(nèi)的能源危機與資源短缺，與制漿造紙產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的生物質(zhì)精煉新模式得到世界各國的廣泛關(guān)注，在蒸煮前對生物質(zhì)原料進行預處理，將半纖維素預先抽提出來，避免了其在蒸煮中被降解進入黑液中，抽提出的半纖維素可以用來生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，包括保健品、飼料、化學品和材料等；抽提后的植物纖維原料可繼續(xù)用于紙漿和紙張的生產(chǎn)。這樣不僅對半纖維素的充分利用開辟了新的方向，還給造紙企業(yè)帶來高附加值的經(jīng)濟效益。因此，從木質(zhì)纖維素中抽提出半纖維素得到低聚糖等高附加值產(chǎn)品對傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級具有重要的意義。

對半纖維素抽提方式的不同影響著半纖維素的溶出情況，目前主要研究的半纖維素預處理方式有酸預處理、堿預處理、自水解預處理等。

華南理工大學唐杰斌等人利用稀硫酸與乙酸分別對龍須草進行了預水解，其中稀硫酸預處理條件為：預處理溫度160℃，預處理時間60min，稀硫酸濃度0.2％，液比為1:5(固體的質(zhì)量和液體的體積比，下同)，預處理液中糖的總量為41.39g/L，其中單糖的比例高達88.79％，乙酸含量為5.58g/L，糠醛含量為0.69g/L，羥甲基糠醛含量為0.11g/L；乙酸預處理工藝為：預處理溫度160℃，預處理時間60min，乙酸濃度0.5％，液比為1:5，糖的總量為42.70g/L，其中單糖的比例為46.11％。糠醛含量為1.45g/L，羥甲基糠醛的量為0.27g/L。參見唐杰斌等人，基于溶解漿/生物質(zhì)精煉復合模式的龍須草預處理方法及組分結(jié)構(gòu)的研究[D]。廣州：華南理工大學博士學位論文，2012。

中國專利文獻CN101514530(申請?zhí)枺?00810042385.2)公開了一種改進后預水解堿法制造蔗渣溶解漿的方法，其預水解工藝為：硫酸或鹽酸濃度0.1～10.0wt％，預處理溫度80～140℃，液比1:4～1:15，預處理時間30～400min，預水解后的殘余原料進行堿法制漿。中國專利文獻CN102212974A(申請?zhí)枺?01110141167.6)公開了一種以大麻桿為原料進行混合有機酸預水解生產(chǎn)溶解漿的方法。預水解包括常壓或帶壓預水解，常壓預水解的條件為：酒石酸0～2％，醋酸0～5％，液比1:0.5～1:100，時間0.5～100h，溫度5～100℃；壓力預水解：酒石酸0～2％，醋酸0～5％，液比1:1～1:100，時間2～300min，溫度100～180℃。中國專利申請CN103774478A(201410044932.6)公開了一種草酸強化竹材預水解去除半纖維素的方法，竹材經(jīng)備料后用清水和草酸在蒸煮立鍋內(nèi)進行高溫預水解，預水解液中草酸的濃度為5～10wt％。

以上酸預處理是目前研究較多的預處理方法，常用的無機酸包括硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸，在植物纖維原料預水解體系中加入無機酸進行預處理，其預水解液中的pH值較低，提高了預水解反應(yīng)的強度，在較低溫度和較短時間內(nèi)即可去除原料中大部分半纖維素，但大量的半纖維素嚴重降解為單糖，并且單糖會進一步發(fā)生降解反應(yīng)生成甲酸、乙酸、糠醛和羥甲基糠醛等產(chǎn)物，大大降低了低聚糖的得率；有機酸預處理包括乙酸、草酸、馬來酸和富馬酸，在有機酸提供的酸性環(huán)境下，脫出的半纖維素也形成了相當量的單糖和糠醛等產(chǎn)物，同時有機酸也參與了脫木素反應(yīng)，造成預水解液中木素含量較高。此外，酸預處理特別是無機酸會對設(shè)備造成一定的腐蝕，對預處理設(shè)備的要求較嚴格，一定程度上增加了預處理過程的投資。

遲聰聰?shù)葘﹁衲灸酒膲A處理進行了研究，在預處理溫度為90℃，預處理時間2h，堿濃為8％時，聚戊糖的提取率為9.9％。參見遲聰聰?shù)热耍熑~木生物質(zhì)精煉兩種利用模式的研究-與堿法制漿相結(jié)合/轉(zhuǎn)化制備生物乙醇[D]，廣州：華南理工大學博士學位論文，2010。

堿預處理對植物纖維原料的作用與酸不同，酸預處理對木質(zhì)素的降解效果較小，而堿會大量降解木質(zhì)素，而對半纖維素的作用較小。預處理液中富含木質(zhì)素及其衍生物，增加了半纖維素分離和提純的難度，并且其強堿性會對環(huán)境造成污染。