[發明專利]一種利用電滲析結合絮凝技術分離提純木糖的方法

有效

• 申請號: 202110015225.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112679559B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 羅希韜;梁向峰;壽慶輝;劉會洲;李敏;孫玲玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C07H1/06
• 分類號: C07H1/06;C07H3/02;C13K13/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種利用電滲析結合絮凝技術分離提純木糖的方法，屬于木糖生產的分離提純技術領域。為了解決木糖分離提純過程中化學品消耗量大及環境污染嚴重的問題，本發明將電滲析與絮凝技術進行耦合，利用雙極膜電滲析回收高純度無機酸、同時升高pH到木糖水解液膠體系統的等電點附近，添加絮凝劑強化膠體等大分子脫穩析出，經固液分離后利用普通電滲析深度脫鹽，從而實現木糖水解液的綠色高效純化。該方法在有效降低化學品消耗、顯著減少環境污染且經濟高效的原則下，實現催化劑高純度回收、膠體和無機鹽高效脫除、同時保證各單元膜元件的壽命。

技術領域

本發明屬于木糖生產的分離提純技術領域，具體涉及一種利用電滲析結合絮凝技術分離提純木糖的方法。

背景技術

木糖是一種應用十分廣泛的高附加值化學品，廣泛應用于食品、醫藥等領域，主要用于生產木糖醇。中國是木糖、木糖醇的生產和出口大國。傳統的木糖生產工藝為：稀酸水解-中和-脫色-凈化-濃縮-結晶-成品。木糖主要通過稀酸水解含聚戊糖的半纖維素植物原料獲得，傳統水解工藝的催化劑為質量分數0.5-2％的稀硫酸，通過活性炭脫色。木糖水解液中的主要成分除各種單糖和催化劑硫酸外，還有植物纖維中溶解的無機離子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Cl^-等)、有機酸(乙酸、甲酸、糖醛酸等)、膠體(蛋白質、水溶木質素等)。傳統工藝主要利用活性炭和離子交換樹脂吸附來脫除這些雜質，且造成催化劑硫酸的損失。這一工藝酸、堿、活性炭等輔料消耗巨大，且產生大量高COD廢水。因此，找到一條新工藝，既可以回收催化劑，由能膠體大分子和無機鹽分別脫除，對實現木糖工藝的綠色環保、節能降耗意義重大。

專利《一種提高木糖水解液中木糖純度的方法》(專利申請號：CN201611079111.1)報道了利用絮凝技術脫除木糖酶解液中蛋白等膠體的方法，按照文中所述，應是在離子交換工序之后pH接近中性的條件下進行。專利《一種高溫木材水解液的精制方法》(專利申請號：CN 201811061625.3)涉及了利用絮凝技術脫除木材預水解液中大分子木質素的工藝，基于木材預水解液中pH為弱酸性，無需進行前處理則可實現一定程度上的絮凝效果。木糖水解液pH為0.5-1.5，為強酸性，這樣的酸性環境下，物料中膠體系統的zeta電位為正值，很難利用絮凝劑有效脫除。

隨著工業膜技術的發展，以電滲析為代表電膜工藝在綠色分離方面的優勢日漸顯現。電滲析技術可以在電場作用下實現各離子以不同遷移速率遷移至濃水側，而保留電中性物質，從而實現相應分離；雙極膜電滲析可以在直流電場作用下分別在膜兩側將水離解得到氫離子和氫氧根離子，利用這一特點，將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統，能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿。在該工藝中，采用雙極膜與陰膜組合方式，僅允許陰離子離開物料體系，截留所有陽離子，從而實現濃水側無機酸的精制，而避免Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等離子降低回收酸的純度。專利《一種木糖生產工藝》(專利申請號：CN 201410274869.5)報道了利用雙極膜電滲析配合離子交換樹脂脫鹽，但是顯然雙極膜電滲析在這個工藝中無法實現脫鹽工作，僅能脫除其中的無機酸或有機酸。

專利《一種半纖維素水解液中木糖的精制方法》(專利公布號：CN 109575088A)、專利《從半纖維素酸水解液中分離提純木糖、阿拉伯糖的方法》(專利公布號：CN101792822A)、專利《一種木糖生產工藝》(申請公布號：CN 106191328 A)、專利《一種制備木糖的電滲析及層析聯合工藝》(專利申請號：CN201910721076.6)均采用普通電滲析在活性炭脫色后進行木糖水解液的脫鹽。上述工作普遍存在兩個問題：1.普通電滲析無法對陽離子特異性分離，而也會將其他陽離子遷移到濃水側，降低了回收催化劑硫酸的純度；2.電滲析脫酸過程，pH上升要跨越木糖水解液膠體系統的等電點，膠體脫穩析出，膜污染嚴重。為降低膜污染，需要大量活性炭來做預處理脫除膠體，增加成本。

發明內容