CN104829754B - 一种从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将季铵盐用水溶解，得到季铵盐水溶液；(2)将季铵盐水溶液和木质纤维素生物质加入到反应器中搅拌均匀，其中，木质纤维素生物质与季铵盐水溶液的重量比为1:10‑20，在常压和60‑100℃条件下，处理1‑24小时；(3)进行固液分离，所得液体加水稀释，半纤维素析出；(4)进行固液分离，清洗、干燥所得固体，所得固体即半纤维素。本发明实现了从木质纤维素生物质中直接并有效分离半纤维素；利用季铵盐水溶液为原料，腐蚀性低；季铵盐回收容易，可循环使用，无环境污染；工艺简单，生产成本低廉，具有很强的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及分离半纤维素的方法，尤其涉及从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法。
背景技术
随着日益严重的资源危机和环境污染，人们越来越重视可再生资源木质纤维素的开发和利用。与纤维素和木质素一样，半纤维素是农业和林业等木质纤维废弃物的主要成分，是地球上最丰富的可再生生物质资源之一。我国是一个农业大国，全国农作物秸秆产量约为6亿吨/年，但大部分都被焚烧或还田，利用率低。
分离半纤维素的方法包括直接法和间接法。从木质纤维原料中直接分离半纤维素为直接法，利用该法获得的半纤维素改性少，但收率低。间接法即木质纤维原料脱木质素获得综纤维素，然后经过一步或几步分离过程得到半纤维素。发明201410433579.0公开了一种高效分离秸秆中半纤维素的方法。该发明方法中，将经预处理的秸秆置于汽爆分离机中，加入质量分数为0.5～10％的碱液，封闭所述分离机并通入蒸汽，对秸秆进行汽爆分离，半纤维素提取率达到80～90％。半纤维素的分离一般利用不同碱液浓度与助剂的共同作用下完成，废弃碱液的排放造成污染。为此，发明WO02/075042(德2002.9.26)提出利用由过渡金属和含氮、含氧的配体构成的配位剂溶液，这种配位剂可溶解半纤维素，从而将其从木质纤维素生物质中分离出来。但此类分离试剂成本高，不利于工业应用。
因此，寻求一种相对廉价的、环境友好的方法，将农林废弃物中的半纤维素进行有效分离，进而转化利用，对于缓解日益严重的环境污染和改善我国未来资源结构具有重大的现实意义。
发明内容
本发明提供一种利用季铵盐水溶液为原料的工艺简单、生产成本低廉、产率高的半纤维素分离方法。
一种从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将季铵盐用水溶解，得到季铵盐水溶液；
(2)将季铵盐水溶液和木质纤维素生物质加入到封闭常压反应器中搅拌均匀，其中，木质纤维素生物质与季铵盐水溶液的重量比为1:10-20，在常压和60-100℃条件下，处理1-24小时；
所述木质纤维素生物质经过下述前处理得到，将木质纤维素生物质粉碎、筛分，取0.2-1.0mm部分，100-105℃干燥4小时除去水分；
(3)进行固液分离，所得液体加水稀释，出现白色絮状物即半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)进行固液分离，清洗、干燥所得固体，所得固体即半纤维素。
本发明中，所述季铵盐为四丁基氯化铵或四丁基溴化铵。
所述木质纤维素生物质为含半纤维素的生物质，优选为木粉、豆秸、麦秆、稻草等草木类植物中的一种或几种的混合物，进一步优选为柞木粉或豆秸。
优选地，所述步骤(1)中季铵盐水溶液的水含量为20-80wt％。
优选地，所述步骤(3)中水的加入量为所得液体体积的5-10倍。
本发明中，所述季铵盐可回收循环使用，具体过程为，所述步骤(4)经过固液分离得到的液体经蒸馏可得到季铵盐。
本发明与现有技术比较，具有如下有益效果：
1、选择性溶解半纤维素，纤维素和木质素不被溶解；
2、季铵盐廉价易得，腐蚀性低，不挥发；
3、分离效果好，季铵盐回收容易，可循环使用；
4、生产工艺简单、操作简便，无废水、废气等污染。
本发明实现了从木质纤维素生物质中直接并有效分离半纤维素。半纤维素产品可用于造纸、日化、医药、生物等领域。本发明不使用挥发性有机溶剂，无环境污染，所用溶剂可回收循环使用，生产成本低廉，具有很强的工业应用前景。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)将12g四丁基氯化铵溶于18g水中(水含量为60wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将3.0g豆秸(豆秸与四丁基氯化铵水溶液的重量比为1：10)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理24小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为84.4wt％。
实施例2
(1)将12g四丁基氯化铵溶于18g水中(水含量为60wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将1.5g豆秸(豆秸与四丁基氯化铵水溶液的重量比为1：20)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理24小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为90.7wt％。
实施例3
(1)将12g四丁基氯化铵溶于18g水中(水含量为60wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将2g豆秸(豆秸与四丁基氯化铵水溶液重量比为1：15)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理24小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为89.2wt％。
实施例4
(1)将24g四丁基氯化铵溶于6g水中(水含量为20wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将1.5g豆秸(豆秸与四丁基氯化铵水溶液重量比为1：20)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理1小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为36.2wt％。
实施例5
(1)将12g四丁基氯化铵溶于18g水中(水含量为60wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将1.5g柞木粉(柞木粉与四丁基氯化铵水溶液重量比为1：20)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理1小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为45.3wt％。
实施例6
(1)将24g四丁基氯化铵溶于6g水中(水含量为20wt％)，得到四丁基氯化铵水溶液；
(2)将1.5g柞木粉(柞木粉与四丁基氯化铵水溶液重量比为1：20)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基氯化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理24小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为62.8wt％。
实施例7
(1)将12g四丁基溴化铵溶于18g水中(水含量为60wt％)，得到四丁基溴化铵水溶液；
(2)将1.5g豆秸(豆秸与四丁基溴化铵水溶液重量比为1：20)加入250ml封闭常压反应器中，加入步骤(1)的四丁基溴化铵水溶液，搅拌均匀，常压、100℃条件下处理24小时，冷却至室温；
(3)过滤步骤(2)反应后的混合物，得到富半纤维素的滤液；室温下，向滤液中加入体积为滤液体积5倍的去离子水，出现白色絮状，半纤维素析出，静置24小时后，待半纤维素完全沉淀；
(4)过滤收集析出的半纤维素，用常温去离子水洗6次，再经-50℃冷冻干燥得半纤维素。半纤维素提取率为82.1wt％。
实施例8-12
实施例8-12的步骤和原料等均与实施例2相同，不同之处仅在于下表所列参数，
实施例13-17
实施例13-17的步骤和原料等均与实施例7相同，不同之处仅在于下表所列参数，
Claims (4)
1.一种从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将季铵盐用水溶解，得到季铵盐水溶液；所述季铵盐为四丁基氯化铵或四丁基溴化铵，所述季铵盐水溶液的水含量为20-80wt％；
(2)将季铵盐水溶液和木质纤维素生物质加入到反应器中搅拌均匀，其中，木质纤维素生物质与季铵盐水溶液的重量比为1:10-20，在常压和60-100℃条件下，处理1-24小时；
(3)进行固液分离，所得液体加水稀释，半纤维素析出；
(4)进行固液分离，清洗、干燥所得固体，所得固体即半纤维素。
2.根据权利要求1所述的从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，其特征在于，所述木质纤维素生物质为木粉、豆秸、麦秆、稻草中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤(2)中木质纤维素生物质经过下述前处理得到，将木质纤维素生物质粉碎、筛分，取0.2-1.0mm部分，干燥。
4.根据权利要求1所述的从木质纤维素生物质中分离半纤维素的方法，其特征在于，所述步骤(3)中水的加入量为所得液体体积的5-10倍。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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