專利名稱：一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法
—種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法
所屬領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，涉及一種植物纖維原料利用的方法，具體地講是 一種植物纖維原料常壓預(yù)處理制備糖液、木素和單根纖維的方法。
背景技術(shù)：
植物纖維原料是自然界中極為豐富的可再生資源，如果植物纖維原料能被很 好地利用，那將很大程度上降低化工原料以及汽車燃料的成本。然而迄今為止， 人們對植物纖錐原料的利用卻很不充分。這是因為植物纖維原料中的主要成分 纖維素、半纖維素和木質(zhì)素緊密結(jié)合在一起，而且其加工性能也差。纖維素的 熔融溫度高于分解溫度，故加熱至分解也不具備溶解性和流動性。要利用植物 纖維原料就需要一定的預(yù)處理過程，把植物纖維原料中的全部半纖維素和部分 或全部木質(zhì)素與纖維素分離開來，并使半纖維素水解成以戊糖為主的單糖，使 余下的纖維素成為一種結(jié)構(gòu)疏松且易于被酸或酶快速水解的材料，從而實現(xiàn)生 物量的全利用。
近年來，對植物原料的預(yù)處理方法主要有稀堿法、稀酸法、有機溶劑法、蒸 汽爆破法等。僅用稀堿法處理，無法把半纖維素全部溶出，會同時引起纖維素 和半纖維素的剝皮反應(yīng)，而且生成的單糖在堿性條件下會異構(gòu)為有機酸，降低 戊糖得率；僅用稀酸法處理，常壓水解時無法讓植物纖維材料成為易于被濃酸 或酶快速水解的單根纖維樣纖維素材料，高溫高壓水解時則需要耐酸耐壓容器； 有機溶劑法和蒸汽爆破法都需要耐壓容器。耐壓以及耐酸耐壓容器均會使投資 大大增加，從而通過折舊使產(chǎn)品的成本增加；高溫高壓水解的另一個缺點是需 要高溫高壓的一次蒸汽，難以利用溫度較低的二次蒸汽和太陽能光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生 的低溫熱能，難以達到節(jié)能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前植物纖維原料預(yù)處理方法的不足，本發(fā)明提供了一種植物纖維 原料常壓預(yù)處理方法，其目的是使植物纖維原料的預(yù)處理過程全部在常壓條件
4下完成，無須高壓容器，可以用太陽能加熱，更實現(xiàn)了過程試劑的回收利用， 減少污染。
本發(fā)明由以下步驟構(gòu)成
(1) 切碎的植物纖維原料與硫酸溶液混合，混合后硫酸濃度為3% 60%，然后 在常壓下蒸煮，溫度為50^C到蒸煮液的沸點，至半纖維素基本水解成單糖時結(jié) 束蒸煮。
混合的液比以硫酸溶液剛好能把植物纖維原料完全浸泡過為宜，因為液比太 大會降低糖液的濃度。蒸煮過程中把產(chǎn)生的蒸汽進行冷凝，以回收蒸發(fā)出來的 醋酸和糠醛。由于蒸煮溫度低，糖的分解速度較慢，因此蒸煮液可以重復(fù)蒸煮 多次，使糖液濃度盡量提高。
(2) 完成硫酸蒸煮后進行固液分離，得到含酸的糖液和濾渣，濾渣洗滌至約PH7 后得到酸煮濾渣。
洗滌液用于配置新的蒸煮液。酸煮濾渣還可以自然風(fēng)干待用。含酸的糖液可 以通過有機溶劑萃取的方法進行分離，得到硫酸和不含硫酸的糖液，硫酸則循 環(huán)使用，萃取方法可以按照本發(fā)明人的另一專利申請"一種植物纖維原料硫酸 水解液中硫酸的萃取液及萃取方法"進行。
(3) 酸煮濾渣與含氫氧化鈉的堿性蒸煮液混合，混合后氫氧化鈉的濃度為 0.5% 5%，然后在常壓下蒸煮，溫度為50'C到蒸煮液的沸點，至酸煮濾渣用手 可搓碎成漿時結(jié)束蒸煮。
由于酸煮濾渣基本已不含易于水解成單糖的半纖維素，大大減少了單糖在堿 液中異構(gòu)成有機酸所產(chǎn)生的耗堿量，從而大大減少了整個堿煮過程的耗堿量。 為了減少纖維素在堿煮過程中的剝皮反應(yīng)，蒸煮液中可以添加葸醌及其衍生物 作為蒸煮助劑。
(4) 完成堿煮后趁熱進行磨漿，使植物纖維原料分離成單根纖維。
(5) 完成磨漿后進行固液分離，得到黑液和堿性濾渣。
(6) 堿性濾渣進行洗滌，洗滌至約PH7后得到單根纖維狀纖維素。 洗滌液用于配置新的蒸煮液。這種單根纖維狀纖維素可以用于濃酸水解或醵
水解生產(chǎn)葡萄糖，由于其不含半纖維素及只含少量木素而變得結(jié)構(gòu)疏松，可以 使?jié)馑崴饣蛎杆獾乃俣却蟠蠹涌臁?br> (7) 在黑液中加入含二價或二價以上的金屬離子的沉淀劑使木素沉淀出來，加 入量以加入上述金屬離子后基本不再形成新的木素沉淀為止。所述金屬離子優(yōu)選鈣離子、鋁離子、鐵離子。 (8)木素沉淀后進行固液分離，得到木素和堿性蒸煮液，堿性蒸煮液回用于堿 煮。
所得木素可以置于稀酸溶液中處理以除去金屬離子，得到與堿煮黑液酸析法 一樣的堿木素，但由于無須與黑液中的各種弱酸鹽和堿反應(yīng)，消耗的稀酸量會 大大減少。
顯然，由于在常壓下完成，省去了高溫預(yù)處理時壓力容器的巨大投資；又由 于蒸煮溫度基本在IOO'C以下，可以利用太陽能光熱轉(zhuǎn)換得到的廉價熱能作為加 熱的熱能，減少了煤的用量，而且過程試劑硫酸和氫氧化鈉可以循環(huán)使用，所 以本發(fā)明的植物纖維原料預(yù)處理方法是一個投資少而且環(huán)保的方法。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明做進一步的說明。 實施例1
10克自然風(fēng)千的稻草切成約2 3厘米長，加入8%的硫酸溶液50毫升，在 70"C下蒸煮4小時，產(chǎn)生的蒸汽通入冷凝器冷凝以回收水解過程產(chǎn)生的醋酸和 糠醛。壓濾后得到含酸的糖液和濾渣，濾渣逆流洗滌至約PH7后得到酸煮濾渣。 酸煮濾渣與30毫升含氫氧化鈉的堿性蒸煮液混合，混合后氫氧化鈉的濃度為 5%，然后在70C下蒸煮2小時，結(jié)束時酸煮濾渣用手已可搓碎成漿。完成堿煮 后趁熱用磨漿機進行磨漿，使植物纖維原料分離成單根纖維，接著進行固液分 離，得到黑液和堿性濾渣。堿性濾渣進行逆流洗滌，洗滌至約PH7后得到單根 纖維狀纖維素。在黑液中緩慢加入30%氯化銬溶液并攪拌使木素沉淀出來，加 入量以加入氯化鈣溶液后基本不再形成新的木素沉淀為止。木素沉淀后進行壓 濾，得到木素和堿性蒸煮液，堿性蒸煮液回用于堿煮。所得木素置于2%稀鹽酸 溶液中處理以除去鈣離子，得到與酸析法一樣的堿木素。 實施例2
10克自然風(fēng)干的玉米秸稈錘碎并切成約2 3厘米長，加入30%的琉酸溶液 50毫升，在75'C下蒸煮1.5小時，產(chǎn)生的蒸汽通入冷凝器冷凝以回收水解過程 產(chǎn)生的醋酸和糠醛。壓濾后得到含酸的糖液和濾渣，濾渣逆流洗滌至約PH7后 得到酸煮濾渣。酸煮濾渣與30毫升含氫氧化鈉的堿性蒸煮液混合，混合后氫氧 化鈉的濃度為2"，然后在90t:下蒸煮1小時，結(jié)束時酸煮濾渣用手已可搓碎成漿。完成堿煮后趁熱用磨漿機進行磨槳，使植物纖維原料分離成單根纖維，接
著進行固液分離，得到黑液和堿性濾渣。堿性濾渣進行逆流洗滌，洗滌至約PH7 后得到單根纖維狀纖維素。在黑液中緩慢加入30%氯化鈣溶液并攪拌使木素沉 淀出來，加入量以加入氯化鈣溶液后基本不再形成新的木素沉淀為止。木素沉 淀后進行壓濾，得到木素和堿性蒸煮液，堿性蒸煮液回用于堿煮。所得木素置 于2%稀鹽酸溶液中處理以除去鈣離子，得到與酸析法一樣的堿木素。
權(quán)利要求
1. 一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于由以下步驟構(gòu)成(1)切碎的植物纖維原料與硫酸溶液混合，混合后硫酸濃度為3％～60％，然后在常壓下蒸煮，溫度為50℃到蒸煮液的沸點，至半纖維素基本水解成單糖時結(jié)束蒸煮；(2)完成硫酸蒸煮后進行固液分離，得到含酸的糖液和濾渣，濾渣洗滌至約PH7后得到酸煮濾渣；(3)酸煮濾渣與含氫氧化鈉的堿性蒸煮液混合，混合后氫氧化鈉的濃度為0.5％～5％，然后在常壓下蒸煮，溫度為50℃到蒸煮液的沸點，至酸煮濾渣用手可搓碎成漿時結(jié)束蒸煮；(4)完成堿煮后趁熱進行磨漿，使植物纖維原料分離成單根纖維；(5)完成磨漿后進行固液分離，得到黑液和堿性濾渣；(6)堿性濾渣進行洗滌，洗滌至約PH7后得到單根纖維狀纖維素；(7)在黑液中加入含二價或二價以上的金屬離子的沉淀劑使木素沉淀出來，加入量以加入上述金屬離子后基本不再形成新的木素沉淀為止；(8)木素沉淀后進行固液分離，得到木素和堿性蒸煮液，堿性蒸煮液回用于堿煮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于-植物纖維原料與硫酸溶液混合的液比以硫酸溶液剛好能把植物纖維原料完全浸 泡過為宜，以提高糖液的濃度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于-在植物纖維原料硫酸蒸煮過程中把產(chǎn)生的蒸汽進行冷凝，以回收蒸發(fā)出來的醋 酸和糠醛。
4. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的一種植物纖維原料的常斥:預(yù)處理方法，其特征在于-含硫酸的糖液通過有機溶劑萃取的方法進行分離，得到硫酸和不含硫酸的糖液， 硫酸循環(huán)使用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于-堿性蒸煮液中可以添加蒽醌及其衍生物作為蒸煮助劑，以減少纖維素在堿煮過 程中的剝皮反應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于 所述沉淀劑中的金屬離子優(yōu)選鈣離子、鋁離子、鐵離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一 種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法，其特征在于 所得木素可以置于稀酸溶液中處理以餘去金屬離子，得到與堿煮黑液酸析法一 樣俯堿木素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物纖維原料的常壓預(yù)處理方法。在常壓條件下，植物纖維原料首先用稀硫酸蒸煮，把半纖維素水解成戊糖液；余下部分再用稀堿液蒸煮，把大部分木素分離出來，得到單根纖維狀的纖維素；硫酸和堿液回收后循環(huán)使用。這種單根纖維狀纖維素由于不含半纖維素及只含少量木素而變得結(jié)構(gòu)疏松，可以使纖維素的濃酸水解或酶水解的速度大大加快。由于在常壓下完成預(yù)處理，省去了高溫預(yù)處理時壓力容器的巨大投資；又由于蒸煮溫度基本在100℃以下，可以利用太陽能光熱轉(zhuǎn)換得到的廉價熱能作為加熱的熱能，減少了煤的用量，而且過程試劑硫酸和氫氧化鈉可以循環(huán)使用，所以是一種投資少而且環(huán)保的方法。
文檔編號D21C5/00GK101424056SQ20081002829
公開日2009年5月6日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者陳培豪 申請人:陳培豪