一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)化學(xué)品制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著石化能源的日漸枯竭和人類生存環(huán)境的逐步惡化，人類所面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。因而，探尋出一種能夠替換石化資源，并且具有可再生以及環(huán)境友好的新型能源顯得迫在眉睫。以農(nóng)林植物資源為主的生物質(zhì)資源，通過(guò)不同的途徑加工得到各類生物質(zhì)能源、生物質(zhì)平臺(tái)化合物和生物質(zhì)新型材料，是現(xiàn)今科研工作者以及生產(chǎn)開(kāi)發(fā)人員研宄和發(fā)展的主要方向。
[0003]木糖作為一種無(wú)熱量的糖，是所有食用糖中生理活性比較好的糖類。木糖因具有不增加血糖值、有利于雙歧桿菌等特點(diǎn)，而顯現(xiàn)出優(yōu)于其他糖類的性能。此外木糖還能夠減少體內(nèi)游離脂肪酸，調(diào)整人體脂類代謝，廣受肥胖癥及糖尿病患者的喜愛(ài)。木糖另一個(gè)重要的用途是作為化工重要的中間化學(xué)品，用以制備附加值更高的化工產(chǎn)品，如糠醛和木糖醇等。此外木糖在皮革、染料、香料等工業(yè)中也有著廣泛的用途。
[0004]上世紀(jì)90年代，木糖在發(fā)達(dá)國(guó)家已得到了廣泛的運(yùn)用。木糖的主要制備方法是無(wú)機(jī)酸水解農(nóng)林植物纖維廢棄物，常見(jiàn)的富含木糖的農(nóng)林植物纖維廢棄物有玉米芯、甘蔗渣、棉籽殼、稻殼等。其中玉米芯具有來(lái)源廣泛、易于加工、木糖產(chǎn)率高的特點(diǎn)。
[0005]現(xiàn)如今的大部分研宄依舊停留在無(wú)機(jī)稀酸水解農(nóng)林植物纖維廢棄物的階段，該方法難以避免的遇到很多困擾，比如說(shuō)無(wú)機(jī)酸對(duì)設(shè)備的腐蝕作用，無(wú)機(jī)酸在水解過(guò)后難以回收處理，無(wú)機(jī)酸的強(qiáng)酸性導(dǎo)致水解液中副產(chǎn)物過(guò)多等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，包括以下操作步驟:
[0009](I)將玉米芯磨碎篩分，篩分后的玉米芯與草酸溶液混合，然后將混合物進(jìn)行球磨預(yù)處理；
[0010](2)將球磨預(yù)處理后的混合物加水并超聲處理，然后在微波反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱預(yù)處理反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，離心分離得到木糖水解液及富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?br>[0011]優(yōu)選的，步驟(I)中所述磨碎篩分的玉米芯的目數(shù)為20?60目；
[0012]優(yōu)選的，步驟(I)中草酸溶液的濃度為0.6?0.8mol/L，草酸溶液的加入量與玉米芯加入量的液固比(mL:g)為(3?5):10o
[0013]優(yōu)選的，步驟(I)中所述的球磨預(yù)處理的條件為:球磨轉(zhuǎn)速300?400r/min，磨珠粒徑為0.5?1cm，磨珠數(shù)量為12?16個(gè)，球磨時(shí)間為I?3h。
[0014]優(yōu)選的，步驟⑵中所述水的加入量與和玉米芯加入量的液固比(mL:g)為(10?30)山
[0015]優(yōu)選的，步驟(2)中所述超聲處理的條件為:超聲功率30?40ΚΗζ，超聲處理時(shí)間為 20 ?40min。
[0016]優(yōu)選的，步驟(2)中所述微波反應(yīng)釜中微波的功率為400?600W ;微波的加熱速率為 10 ?30 °C /min。
[0017]優(yōu)選的，步驟(2)中所述水熱預(yù)處理反應(yīng)是指在溫度為130?150°C條件下反應(yīng)10 ?30mino
[0018]本發(fā)明主要通過(guò)兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)全組分生物質(zhì)中半纖維素高效催化轉(zhuǎn)化為木糖；首先對(duì)玉米芯進(jìn)行草酸混合球磨預(yù)處理；然后在微波條件下對(duì)玉米芯進(jìn)行稀有機(jī)酸水熱預(yù)處理水解得到富含木糖的水解液。相對(duì)于無(wú)機(jī)酸水解，在半纖維素降解的過(guò)程中，草酸具有優(yōu)異的仿生催化性能。同時(shí)由于草酸的酸度系數(shù)較高，同等條件下水解過(guò)程中草酸的需求濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)酸，因此極大的降低了設(shè)備腐蝕發(fā)生的可能性。草酸還有一個(gè)無(wú)可比擬的性能就是能夠在水解液中重結(jié)晶得以回收利用。球磨作為一種常見(jiàn)的物理法預(yù)處理的方法，其特點(diǎn)在于，有效的降低了植物纖維原料的粒徑大小，同時(shí)增大了植物纖維原料的表面積，還能夠高效的降低纖維原料的結(jié)晶度，這樣極大的促進(jìn)了預(yù)處理過(guò)程中化學(xué)品與纖維原料的緊密接觸。而將草酸與玉米芯共混球磨，其作用在于球磨過(guò)程中草酸能夠進(jìn)入到玉米芯的細(xì)胞壁內(nèi)，與半纖維素充分接觸，從而極大的提高木糖的得率。
[0019]本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0020](I)本發(fā)明所述方法沒(méi)有涉及無(wú)機(jī)酸的加入，而是采用了有機(jī)酸草酸，避免了設(shè)備腐蝕，草酸可以通過(guò)重結(jié)晶方法回收；
[0021](2)本發(fā)明采用草酸與玉米芯共混球磨，在球磨過(guò)程中草酸能夠進(jìn)入到玉米芯的細(xì)胞壁內(nèi)，與半纖維素充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，提高木糖得率；
[0022](3)本發(fā)明采用微波加熱的方法，能夠在較低反應(yīng)溫度、較短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)取得較高的木糖產(chǎn)率，同時(shí)有效的避免了副產(chǎn)物的生成，木糖水解液的純度較高。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0024]以下實(shí)施例所得木糖水解液中木糖的濃度采用高效液相色譜進(jìn)行測(cè)定；
[0025]以下實(shí)施例所得木糖水解液中木糖得率=水解液中木糖的濃度X水解前加入水的體積/Ig玉米芯中原料半纖維的含量。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，具體制備步驟如下:
[0028](I)將玉米芯磨碎篩分至20目后取lg，與0.3mL濃度為0.6mol/L的草酸溶液在球磨罐中混合，加入12個(gè)粒徑為0.5cm的磨珠，在300r/min的轉(zhuǎn)速條件下球磨lh。
[0029](2)將球磨過(guò)后的玉米芯全部轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)罐內(nèi)，同時(shí)添加1mL的去離子水，在30kHz的超聲條件下超聲20min。緊閉微波反應(yīng)罐后設(shè)置微波升溫速率為10°C /min，最終保溫溫度為130°C，保溫時(shí)長(zhǎng)即反應(yīng)時(shí)間lOmin。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)離心分離得到木糖水解液和富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?br>[0030]本實(shí)施例得到的木糖水解液測(cè)定木糖濃度后計(jì)算木糖得率為85%。
[0031]實(shí)施例2
[0032]本實(shí)施例的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，具體制備步驟如下:
[0033](I)將玉米芯磨碎篩分至40目后取lg，與0.4mL濃度為0.7mol/L的草酸溶液在球磨罐中混合，加入14個(gè)粒徑為0.8cm的磨珠，在350r/min的轉(zhuǎn)速條件下球磨2h。
[0034](2)將球磨過(guò)后的玉米芯全部轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)罐內(nèi)，同時(shí)添加20mL的去離子水，在35kHz的超聲條件下超聲30min。緊閉微波反應(yīng)罐后設(shè)置微波升溫速率為20°C /min，最終保溫溫度為140°C，保溫時(shí)長(zhǎng)即反應(yīng)時(shí)間20min。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)離心分離得到木糖水解液和富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?br>[0035]本實(shí)施例得到的木糖水解液測(cè)定木糖濃度后計(jì)算木糖得率為95 %。
[0036]實(shí)施例3
[0037]本實(shí)施例的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，具體制備步驟如下:
[0038](I)將玉米芯磨碎篩分至60目后取lg，與0.5mL濃度為0.8mol/L的草酸溶液在球磨罐中混合，加入14個(gè)粒徑為Icm的磨珠，在400r/min的轉(zhuǎn)速條件下球磨3h。
[0039](2)將球磨過(guò)后的玉米芯全部轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)罐內(nèi)，同時(shí)添加30mL的去離子水，在40kHz的超聲條件下超聲40min。緊閉微波反應(yīng)罐后設(shè)置微波升溫速率為30°C /min，最終保溫溫度為150°C，保溫時(shí)長(zhǎng)即反應(yīng)時(shí)間30min。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)離心分離得到木糖水解液和富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?br>[0040]本實(shí)施例得到的木糖水解液測(cè)定木糖濃度后計(jì)算木糖得率為90 %。
[0041]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:包括以下操作步驟: (1)將玉米芯磨碎篩分，篩分后的玉米芯與草酸溶液混合，然后將混合物進(jìn)行球磨預(yù)處理； (2)將球磨預(yù)處理后的混合物加水并超聲處理，然后在微波反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱預(yù)處理反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，離心分離得到木糖水解液及富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(I)中所述磨碎篩分的玉米芯的目數(shù)為20?60目。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(I)中所述草酸溶液的濃度為0.6?0.8mol/L，草酸溶液加入量與玉米芯加入量的液固比為(3?5):10o4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的球磨預(yù)處理的條件為:球磨轉(zhuǎn)速300?400r/min，磨珠粒徑為0.5?1cm，磨珠數(shù)量為12?16個(gè)，球磨時(shí)間為I?3h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(2)中所述水的加入量與和玉米芯加入量的液固比為(10?30):1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(2)中所述超聲處理的條件為:超聲功率30?40KHz，超聲處理時(shí)間為20?40mino7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(2)中所述微波反應(yīng)釜中微波的功率為400?600W ;微波的加熱速率為10 ?30°C /min08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法，其特征在于:步驟(2)中所述水熱預(yù)處理反應(yīng)是指在溫度為130?150°C條件下反應(yīng)10?30mino
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物質(zhì)化學(xué)品制備技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種草酸混合球磨預(yù)處理玉米芯制備木糖水解液的方法。所述方法包括以下操作步驟：(1)將玉米芯磨碎篩分，篩分后的玉米芯與草酸溶液混合，然后將混合物進(jìn)行球磨預(yù)處理；(2)將球磨預(yù)處理后的混合物加水并超聲處理，然后在微波反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱預(yù)處理反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，離心分離得到木糖水解液及富含纖維素和木素的固體殘?jiān)?。本發(fā)明方法具有工藝環(huán)保、木糖產(chǎn)率高和副產(chǎn)物含量低的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C13K13/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104946803
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510278766
【發(fā)明人】任俊莉, 鄧奧杰, 孫潤(rùn)倉(cāng), 李慧玲, 王文菊
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日