一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸稈製取半纖維素的方法
2023-10-31 03:17:02 1
專利名稱：一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸稈製取半纖維素的方法
技術領域：
本發明屬於生物質預處理領域，特別涉及一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法。
背景技術：
伴隨一次性化石燃料資源的漸趨枯竭、能源及資源的日趨緊張，如何高效綜合利用可再生能源——生物質能源已成為世界各國普遍關注的課題。而作為生物質主要資源的農作物秸杆因資源豐富、便於生產和利用等特點備受關注。秸杆材料主要由纖維素、半纖維素和木質素等組成，其中木質素約佔20-30%，木質素難以降解，不僅使儲存在其中的能量無法被人類利用，而且在工業生產中，尤其是造紙工 業中產生氯酚等有毒物質造成環境的汙染，危害人類健康。半纖維素是植物性材料的重要組成成分之一，約佔15-30%，是陸生植物細胞壁的一種主要組分。製取半纖維素有重要的意義，如其在生物製漿、生物漂白、轉化半纖維素為單糖和酒精、處理造紙廠廢水的環境汙染等方面都具有廣闊的應用前景。影響秸杆物料水解的主要因素有三個原料內孔面積、纖維素結晶度、木質素和半纖維素的包覆作用。為了使其更易於利用，必須對原料進行預處理，以降解木質素的網狀結構，降低纖維素的結晶度，打破相互之間的包裹。目前，秸杆預處理的方法主要有物理預處理法、化學預處理法和生物預處理法，例如機械粉碎法、高能輻射法、稀酸法、鹼處理法等。物理和化學方法對設備的要求較高，能耗較大，且存在運行成高、對環境影響大的缺陷。生物預處理法雖然有環境友好、能耗低的優點，但其較長的預處理時間和生產周期限制了其在工程中的應用。蒸汽爆破處理相對於其它預處理方法，在能耗、環境友好性、預處理效果上有著明顯的優勢，是預處理技術發展的方向之一。應用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆，所需處理溫度低，條件溫和。該方法可以有效去除木質素，破壞纖維素、半纖維素和木質素之間的複雜結構，極大的提高了預處理水平，利於原材料中半纖維素的提取，促進了秸杆資源化利用。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，該方法通過氨水蒸汽爆破去除秸杆中的部分木質素，打破了木質素對半纖維素的結構束縛，可得到大量的半纖維素產品。本發明的技術方案一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，步驟如下I)將秸杆粉碎成秸杆碎末，粒度為過100目篩；2)在蒸汽爆破反應釜中依次加入秸杆碎末和氨水溶液；3)啟動蒸汽爆破機，控制反應溫度為140-160°C，在O. 4-0. 6MPa下保壓10_60min
後爆破；
4)取出爆破產物，經抽濾、烘乾後密封保存，即得到預處理秸杆原料；5 )將預處理秸杆原料和NaOH溶液混合均勻，得到混合物；6)將上述混合物於40-90°C溫度下反應2h，過濾後得到濾液；7)將過濾得到的濾液，調節pH至7. 0-8. 0，加入無水乙醇，其中濾液與無水乙醇體積比為1:0. 5-3 ；8)靜置待沉澱完全，將過濾得到沉澱物用無水乙醇洗滌2次，自然風乾，即得到半纖維素產品。所述氨水溶液的重量百分比濃度為1_10%，氨水溶液與秸杆粉末的用量比為15_150ml :lg。 所述NaOH溶液的重量百分比濃度為5_25%，NaOH溶液與預處理秸杆原料的用量比為 50-150ml Ig0所述濾液與無水乙醇的體積比為I :0. 5-3。本發明的優點和有益效果是I.本發明採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆粉末，氨水浸泡處理有助於木質素的去除，在處理100目的稻草碎末時，在反應釜內氨水與木質素反應，可以有效減少木質素含量，並去除木質素與碳水化合物之間的酯鍵連接，有效的打破了木質素對纖維素、半纖維素的包裹作用；在反應過程中，纖維素、半纖維素損失極小；此外氨水蒸汽爆破過程不會產生抑制性的降解產物，利於產物的後續利用。2.本發明採用NaOH溶液提取半纖維素，在所設定濃度範圍內，NaOH溶液的鹼性環境可以最大程度溶解半纖維素，而且不會引起半纖維素等其他物質降解，可有效地防止半纖維素產品的損失，並保證產品的純度。3.本發明所需設備簡單，工藝簡便，處理溫度低，條件溫和，且不會造成附加的環境危害，實現了秸杆的高效預處理，提高生物質資源利用效率，解決了秸杆難於降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。
圖I為實施例1、2、3中半纖維素產率變化曲線。圖2為實施例I、2、3中產品純度變化曲線。
具體實施例方式本發明通過以下實施例進一步詳述，但本實施例所敘述的技術內容是說明性的，而不是限定性的，不應依此來局限本發明的保護範圍。實施例I :一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，步驟如下I)將秸杆粉碎成秸杆碎末，粒度為過100目篩；2)在蒸汽爆破反應釜中依次加入秸杆碎末和重量百分比濃度為1%的氨水溶液，用量比為lg 15ml ；3)啟動蒸汽爆破機，控制反應溫度為160°C，在O. 6MPa下保壓IOmin後爆破；4)取出爆破產物，經抽濾、烘乾後密封保存，即得到預處理秸杆原料；
5)將預處理秸杆原料和重量百分比濃度為10%的NaOH溶液混合均勻，用量比為lg:75ml,得到混合物；6)將上述混合物於，50°C溫度下反應2h，過濾後得到濾液；7)將過濾得到的濾液，調節pH至8. 0，加入無水乙醇，其中濾液與無水乙醇體積比為 I: I ;8)靜置待沉澱完全，將過濾得到沉澱物用無水乙醇洗滌2次，自然風乾，即得到半纖維素產品。圖I為該半纖維素產率變化曲線，圖中顯示經過氨水蒸汽爆破處理和之後的鹼性 提取，所得半纖維素的產率為89%，所述產率為產品質量與底物中半纖維素含量的比值；圖2為實施例該產品純度變化曲線，圖中顯示產品純度可達到98%。實施例2 一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，步驟如下I)將秸杆粉碎成秸杆碎末，粒度為過100目篩；2)在蒸汽爆破反應釜中依次加入秸杆碎末和重量百分比濃度為10%氨水溶液，用量比為lg 150ml ；3)啟動蒸汽爆破機，控制反應溫度為140°C，在O. 4MPa下保壓40min後爆破；4)取出爆破產物，經抽濾、烘乾後密封保存，即得到預處理秸杆原料；5)將預處理秸杆原料和重量百分比濃度為5%的NaOH溶液混合均勻，用量比為lg:50ml,得到混合物；6)將上述混合物於90°C溫度下反應2h，過濾後得到濾液；7)將過濾得到的濾液，調節pH至8. 0，加入無水乙醇，其中濾液與無水乙醇體積比為 1:3 ；8)靜置待沉澱完全，將過濾得到沉澱物用無水乙醇洗滌2次，自然風乾，即得到半纖維素產品。圖I、圖2顯示經過氨水蒸汽爆破處理和之後的鹼性提取，所得半纖維素的產率為81%，產品純度可達到98%。實施例3 一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，步驟如下 I)將秸杆粉碎成秸杆碎末，粒度為過100目篩；2)在蒸汽爆破反應釜中依次加入秸杆碎末和重量百分比濃度為1%的氨水溶液，用量比為lg: IOOml ；3)啟動蒸汽爆破機，控制反應溫度為140°C，在O. 4MPa下保壓60min後爆破；4)取出爆破產物，經抽濾、烘乾後密封保存，即得到預處理秸杆原料；5)將預處理秸杆原料和重量百分比濃度為25%的NaOH溶液混合均勻，得到混合物；6)將上述混合物於40°C溫度下反應2h，過濾後得到濾液；7)將過濾得到的濾液，調節pH至7. 0，加入無水乙醇，其中濾液與無水乙醇體積比為 1:0. 5 ;8)靜置待沉澱完全，將過濾得到沉澱物用無水乙醇洗滌2次，自然風乾，即得到半纖維素產品。圖I、圖2顯示經過氨水 蒸汽爆破處理和之後的鹼性提取，所得半纖維素的產率為83%，產品純度可達到96%。
權利要求
1.一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，其特徵在於步驟如下 1)將秸杆粉碎成秸杆碎末，粒度為過100目篩； 2)在蒸汽爆破反應釜中依次加入秸杆碎末和氨水溶液； 3)啟動蒸汽爆破機，控制反應溫度為140-160°C，在0.4-0. 6MPa下保壓10_60min後爆破； 4)取出爆破產物，經抽濾、烘乾後密封保存，即得到預處理秸杆原料； 5)將預處理秸杆原料和NaOH溶液混合均勻，得到混合物； 6)將上述混合物於40-90°C溫度下反應2h，過濾後得到濾液； 7)將過濾得到的濾液，調節pH至7.0-8. 0，加入無水乙醇，其中濾液與無水乙醇體積比為 1:0.5-3 ; 8)靜置待沉澱完全，將過濾得到沉澱物用無水乙醇洗滌2次，自然風乾，即得到半纖維素產品。
2.根據權利要求I所述採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，其特徵在於所述氨水溶液的重量百分比濃度為1_10%，氨水溶液與秸杆粉末的用量比為15_150ml :lg。
3.根據權利要求I所述採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，其特徵在於所述NaOH溶液的重量百分比濃度為5-25%，NaOH溶液與預處理秸杆原料的用量比為50_150ml Ig0
4.根據權利要求I所述採用氨水蒸汽爆破技術處理秸杆製取半纖維素的方法，其特徵在於所述濾液與無水乙醇的體積比為I :0. 5-3。
全文摘要
一種採用氨水蒸汽爆破技術處理秸稈製取半纖維素的方法，步驟包括將秸稈粉碎成粉末；在蒸汽爆破反應釜中進行氨水低壓爆破處理秸稈；將預處理秸稈原料與NaOH溶液混合併進行加熱反應，提取半纖維素。本發明採用氨水蒸汽爆破技術處理秸稈粉末，所需設備簡單，工藝簡便，有效地去除了木質素，成功提取出大量半纖維素產品，實現了秸稈的高效處理，提高生物質資源利用效率，解決了秸稈難於降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。
文檔編號D21B1/36GK102660884SQ20121014439
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者劉樂, 李維尊, 江洋, 王雁南, 鞠美庭 申請人:南開大學