CN102108099A

CN102108099A - 一种用甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法

Info

Publication number: CN102108099A
Application number: CN2009101146870A
Authority: CN
Inventors: 理琳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-06-29

Abstract

一种用甘蔗渣制备羧甲基纤维素(下简称CMC)和木质素的方法，属生物化工范围。主要采用生物催化法结合现代化工技术实现用蔗渣替代棉花制备CMC并副产木质素，一举解决棉花原料成本高且竞争民生资源、保持木质素原质成为有益资源的两大难题。技术方案要点：①用脱木质素菌将蔗渣处置成菌处理蔗渣；②菌处理蔗渣经异丙醇、提取木质素复合催化剂等处理后得蔗渣纤维；③对蔗渣纤维依次加入乙醇、固体氢氧化钠、复合反应催化剂、氯乙酸进行反应；④醋酸中和反应产物；⑤离心、洗涤、干燥得到CMC。过程中产生的残渣经洗涤得木质素。具有原理清楚、配方合理、工艺简洁、可连续化操作、零排放、成本低和产品优良等优点，且蔗渣价廉，大规模商业化生产CMC可行。

Description

一种用甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法

技术领域

本发明涉及一种用甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法，属生物化工范围。

背景技术

羧甲基纤维素(以下简称为“CMC”)是由天然纤维素经生物化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物，是一种重要的水溶性纤维素醚，通常应用其钠盐。现行CMC主要制备方法为溶剂法，工艺复杂，且以棉花为原料，成本高。本发明用甘蔗渣作原料，采用生物催化法结合现代化工技术制备CMC并副产木质素，具有科学原理清楚、配方合理、工艺简洁、可连续化操作的优点，生产成本低廉、产品质量优良的特点。目前还没发现用甘蔗渣制CMC同时副产生木质素的专利公告。

发明内容

本发明的目的主要是克服现行CMC制备方法工艺复杂，用棉花作原料成本高等缺点，利用蔗糖工业副产的甘蔗渣制备CMC，同时避免在获取纤维素过程中木质素变为废料而成污染源，使之保持其高纯原质而成为有益的资源。甘蔗渣是农业固型废弃物中的一种，用甘蔗渣作原料生产CMC和木质素，不但能有效增加蔗糖工业的经济效益、节省棉花资源，还实现零排放有利于环境保护，对发展循环经济意义重大。

本发明的主要技术方案是：

1、甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入其重量2-3倍的水，再加入甘蔗渣重量百分比0.05％-0.10％的脱木质素菌，混合均匀后，保温40-50℃，反应1-3小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣。

2、将菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入其重量5-10倍的异丙醇，再加入菌处理甘蔗渣重量百分比0.3％-0.8％的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温100-150℃，反应1-3小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣洗涤得木质素。

3、甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，加入其重量4-6倍的85％乙醇，再加入甘蔗渣纤维素重量百分比30％-70％的固体氢氧化钠，40-60℃，搅拌30-50分钟；而后，加入甘蔗渣纤维素重量百分比0.1％-0.5％的复合反应催化剂，40-50℃，反应20分钟；然后，加入甘蔗渣纤维素重量百分比50％-90％的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至50-80℃反应，搅拌反应3-5小时，停止反应。用醋酸中和得到的反应产物到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到CMC。

4、所用的脱木质素菌是一种L型白腐菌，主要作用是断开木质素和纤维素的连接。

5、所用的提取木质素复合催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：纳米二氧化硅40％，亚硫酸钠30％，碳酸钠30％，混合均匀。

6、所用的复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：三偏磷酸钠50％，氯化镁25％，氯化钠25％，混合均匀。

本发明有益效果是，以甘蔗渣替代棉花作原料制备CMC并副产木质素，一举解决用棉花作原料成本高还竞争民生资源和保持木质素原质使之成为有益资源的两大难题，不但改变CMC行业用棉花作原料的传统生产模式，还较棉花基CMC工艺技术降低成本70％，同时由于木质素得以资源化利用又进一步增加收益还实现生产过程零排放。具有配方合理、工艺简洁、可连续化操作、生产零排放和产品优良等优点，加上甘蔗渣成本低廉，使大规模商业化生产CMC成为可行。

具体实施方式

结合实例对本发明更进一步说明：

实施例一：

1、100公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入200公斤的水，再加入0.05公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温40℃，反应2小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣95公斤。

2、将95公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入500公斤的异丙醇，再加入0.29公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温100℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维55公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素18公斤。

3、55公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入220公斤的85％的乙醇，再加入17公斤的固体氢氧化钠，40℃，搅拌30分钟后，再加入0.06公斤的复合反应催化剂，50℃反应20分钟，然后再加入28公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至80℃反应，搅拌反应3小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到68公斤CMC。

实施例二：

1、200公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入600公斤的水，再加入0.2公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温45℃，反应1小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣190公斤。

2、将190公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入1140公斤的异丙醇，再加入0.8公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温120℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维116公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素32公斤。

3、116公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入696公斤的85％的乙醇，再加入47公斤的固体氢氧化钠，45℃，搅拌40分钟后，再加入0.20公斤的复合反应催化剂，45℃反应20分钟，然后再加入66公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至70℃反应，搅拌反应3小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到140公斤CMC。

实施例三：

1、200公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入500公斤的水，再加入0.12公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温40℃，反应1.5小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣185公斤。

2、将185公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入925公斤的异丙醇，再加入0.74公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温130℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维120公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素36公斤。

3、120公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入650公斤的85％的乙醇，再加入75公斤的固体氢氧化钠，45℃，搅拌30分钟后，再加入0.39公斤的复合反应催化剂，50℃反应20分钟，然后再加入78公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至80℃反应，搅拌反应3小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到152公斤CMC。

实施例四：

1、300公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入700公斤的水，再加入0.24公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温45℃，反应3小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣285公斤。

2、将285公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入2280公斤的异丙醇，再加入2.0公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温140℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维195公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素60公斤。

3、195公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入1080公斤的85％的乙醇，再加入65公斤的固体氢氧化钠，50℃，搅拌40分钟后，再加入0.78公斤的复合反应催化剂，50℃反应20分钟，然后再加入118公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至80℃反应，搅拌反应2小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到260公斤CMC。

实施例五：

1、400公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入1200公斤的水，再加入0.36公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温45℃，反应2.5小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣380公斤。

2、将380公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入2660公斤的异丙醇，再加入1.52公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温130℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维228公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素70公斤。

3、228公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入1026公斤的85％的乙醇，再加入92公斤的固体氢氧化钠，50℃，搅拌30分钟后，再加入0.68公斤的复合反应催化剂，50℃反应20分钟，然后再加入136公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至80℃反应，搅拌反应2小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到296公斤CMC。

实施例六：

1、600公斤甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入1200公斤的水，再加入0.6公斤的脱木质素菌，混合均匀后，保温45℃，反应2.5小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣570公斤。

2、将570公斤菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入3000公斤的异丙醇，再加入1.80公斤的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温140℃，反应2小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维350公斤。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣用水洗涤得木质素118公斤。

3、350公斤甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，然后加入1400公斤的85％的乙醇，再加入120公斤的固体氢氧化钠，35℃，搅拌30分钟后，再加入1.2公斤的复合反应催化剂，50℃反应20分钟，然后再加入176公斤的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至80℃反应，搅拌反应3小时，停止反应，用醋酸中和到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到450公斤CMC。

Claims

1.用甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法，其特征在于：

1)甘蔗渣→粉碎至80目→加入反应罐中，然后加入其重量2-3倍的水，再加入甘蔗渣重量百分比0.05％-0.10％的脱木质素菌，混合均匀后，保温40-50℃，反应1-3小时→压榨过滤→干燥→得菌处理甘蔗渣。

2)将菌处理甘蔗渣→加入反应罐中，然后加入其重量5-10倍的异丙醇，再加入菌处理甘蔗渣重量百分比0.3％-0.8％的提取木质素复合催化剂，混合均匀后，升温100-150℃，反应1-3小时→压榨过滤→滤渣干燥→得甘蔗渣纤维。滤液蒸馏回收异丙醇循环使用，蒸馏后的残渣洗涤得木质素。

3)甘蔗渣纤维素→加入反应罐中，加入其重量4-6倍的85％乙醇，再加入甘蔗渣纤维素重量百分比30％-70％的固体氢氧化钠，40-60℃，搅拌30-50分钟；而后，加入甘蔗渣纤维素重量百分比0.1％-0.5％的复合反应催化剂，40-50℃，反应20分钟；然后，加入甘蔗渣纤维素重量百分比50％-90％的氯乙酸(用90％乙醇配成50％的溶液)。加完后升温至50-80℃反应，搅拌反应3-5小时，停止反应。用醋酸中和得到的反应产物到pH9.0，离心，离心后的乙醇回收循环使用，固体用80％乙醇洗两遍后，90℃干燥到水分＜10％，得到羧甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述的从甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法，其特征在于：所用的脱木质素菌是一种L型白腐菌，主要作用是断开木质素和纤维素的连接。

3.根据权利要求1所述的从甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法，其特征在于：所用的提取木质素复合催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：纳米二氧化硅40％，亚硫酸钠30％，碳酸钠30％，混合均匀。

4.根据权利要求1所述的从甘蔗渣制备羧甲基纤维素和木质素的方法，其特征在于：所用的复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：三偏磷酸钠50％，氯化镁25％，氯化钠25％，混合均匀。