一種由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由生物質(zhì)原料制備木糖的方法，具體地說(shuō)是一種綜合利用生物質(zhì)原料制備木糖的方法。本發(fā)明所述的方法在過(guò)氧化氫的催化作用下，通過(guò)甲酸和乙酸的形成的有機(jī)酸蒸煮生物質(zhì)原料，得到戊糖溶液，并將得到的戊糖溶液進(jìn)行脫色、過(guò)濾、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體。本發(fā)明所述的工藝由于戊糖溶液的生產(chǎn)是在過(guò)氧化氫的催化作用下，采用甲酸和乙酸的混合酸液蒸煮生物質(zhì)原料得到的，所述戊糖溶液中不含有硫酸根離子，因此在由戊糖制備木糖的工藝中無(wú)需額外進(jìn)行中和處理，也避免了中和后處理困難的問(wèn)題，而且無(wú)酸堿消耗，節(jié)能且無(wú)污染。
【專利說(shuō)明】一種由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的方法，具體地說(shuō)是一種綜合利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木糖是木聚糖的一個(gè)組分，木聚糖廣泛存在于植物中。木糖也存在于動(dòng)物肝素、軟骨素和糖蛋白中，它是某些糖蛋白中糖鏈與絲氨酸(或蘇氨酸)的連接單位。在自然界迄今還未發(fā)現(xiàn)游離狀態(tài)的木糖。木糖因其對(duì)胰島無(wú)負(fù)擔(dān)而適于糖尿病人服用而受到廣泛關(guān)注。[0003]木糖在我國(guó)已有四十多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到世界水平。目前，我國(guó)已經(jīng)是世界木糖生產(chǎn)和出口大國(guó)，并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，為進(jìn)一步發(fā)展木糖產(chǎn)業(yè)，提供了十分優(yōu)越的條件。目前，生產(chǎn)木糖普遍采用較為傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，主要是將含有多聚戊糖的植物原料，進(jìn)行水解后分離提取木糖。富含多聚戊糖的植物原料有玉米芯、秸桿、甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品廢料中，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，年產(chǎn)玉米1.2億噸，其中玉米芯產(chǎn)量占四分之一，約為3000萬(wàn)噸；年產(chǎn)玉米秸桿1.2億噸；年產(chǎn)蔗糖約800萬(wàn)噸，糖渣約900萬(wàn)噸。另外，竹子中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-25%的多聚戊糖，因此可以將竹材造紙和綜合利用木糖相結(jié)合，使其成為一種潛在的木糖資源。
[0004]木糖以大分子的木聚糖的形式廣泛存在于植物半纖維素中，用酸或酶使木聚糖降解獲得。目前，木糖的生產(chǎn)工藝主要包括原料的洗滌、水解、脫色、中和、離子交換、濃縮、再次離子交換和濃縮、結(jié)晶等步驟。但是，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中酸堿消耗量大，存在較為嚴(yán)重的“三廢”排放污染環(huán)境等問(wèn)題，無(wú)法適應(yīng)目前國(guó)家提倡的建立節(jié)能減排和環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)。
[0005]中國(guó)專利CN101805378A公開(kāi)了一種從多聚戊糖蒸煮液中提取木糖的方法。該方法首先將多聚戊糖蒸煮液用碳酸鈣中和，然后經(jīng)預(yù)脫色后用活性炭脫色，并依次通過(guò)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子樹(shù)脂、弱堿型陰離子樹(shù)脂進(jìn)行離子交換，之后用反滲透膜濃縮；并將濃縮液再次脫色、依次通過(guò)強(qiáng)堿型陰離子樹(shù)脂和強(qiáng)酸型陽(yáng)離子樹(shù)脂，最后經(jīng)熱效濃縮后結(jié)晶即得。該方法中雖然酸堿的使用量有所減少，但整個(gè)工藝所述的多聚戊糖蒸煮液是以含有多聚戊糖的原料經(jīng)稀硫酸蒸煮得到的，溶液中含有大量的硫酸根離子，制備木糖時(shí)需要用碳酸鈣中和后，濾出硫酸鈣沉淀以去除部分硫酸根，而為了脫除其中的全部硫酸根還需要進(jìn)行兩次離子交換，不僅使得工藝步驟較多同時(shí)也會(huì)由于操作步驟較多造成目標(biāo)產(chǎn)物的損失，而且硫酸鈣過(guò)濾較困難。雖然可以采用加入助濾劑的辦法緩解硫酸鈣過(guò)濾的困難，但隨溶液進(jìn)入離子交換系統(tǒng)的助濾劑也會(huì)對(duì)離子交換系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負(fù)擔(dān)。
[0006]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102559944A公開(kāi)了一種木糖生產(chǎn)方法，其步驟包括，對(duì)玉米秸桿原料進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行水解反應(yīng)，中和水解液中的酸，脫色、壓濾，進(jìn)行離子交換再生樹(shù)脂，其中一次離子交換采用雙極膜電滲析方法，然后中和、脫色、壓濾、一次蒸發(fā)、二次離子交換、三次離子交換、二道蒸發(fā)、三道蒸發(fā)、結(jié)晶、烘干，得到木糖。該文獻(xiàn)記載的木糖生產(chǎn)工藝使用同樣使用硫酸溶液水解玉米秸桿，并采用雙極膜電滲析法，對(duì)水解液中的硫酸低濃度回收。但雙極膜電滲析法對(duì)硫酸的回收率只有90%，為了脫除全部硫酸根還需要進(jìn)行兩次離子交換，不僅使得工藝步驟較多同時(shí)也會(huì)由于操作步驟較多造成目標(biāo)產(chǎn)物的損失。
[0007]中國(guó)專利CN101864683A公開(kāi)了一種木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理方法，該專利將木質(zhì)素原料與有機(jī)酸溶液和催化劑的混合液混合后，進(jìn)行第一步處理，得到液固混合物并進(jìn)行固液分離，得到預(yù)處理液和纖維素固體；采用有機(jī)酸溶液洗滌得到纖維素固體；采用稀酸或堿進(jìn)行第二步處理得到纖維素固體；得到的預(yù)處理黑液與得到的洗滌黑液混合后循環(huán)用于第一步處理過(guò)程；循環(huán)使用至少3次的黑液進(jìn)行有機(jī)酸、木素產(chǎn)品和糖漿溶液回收。將收集的黑液進(jìn)行閃蒸或蒸發(fā)，得到有機(jī)酸和濃縮黑液，向黑液中添加2-10倍體積的水得到木素產(chǎn)品和糖漿溶液，得到的糖漿溶液可以用于制備糠醛，從而實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維原料的高值化利用。但該專利也存在以下缺點(diǎn):1、從說(shuō)明書(shū)中的描述可以看出，該工藝是采用有機(jī)酸與以硫酸為代表的催化劑混合進(jìn)行第一步催化，反應(yīng)過(guò)程中需要添加催化劑進(jìn)行催化；2、該工藝采用有機(jī)酸和以硫酸為代表的催化劑共同蒸煮生物質(zhì)，在蒸餾有機(jī)酸步驟中，作為催化劑的硫酸依然殘留在最終的戊糖溶液中，使得后續(xù)步驟中對(duì)得到的戊糖的處理還需要取出其中的硫酸根離子，增加了處理步驟；3、雖然整個(gè)工藝中提取和洗滌纖維素均使用相同的有機(jī)酸，且將收集的預(yù)處理液和洗滌液直接用于循環(huán)至第一步的反應(yīng)釜中，但整個(gè)混合液內(nèi)也大量積聚了溶解其中的木質(zhì)素和戊糖溶液，鑒于有機(jī)酸萃取的飽和度限制，其混合黑液提取木質(zhì)素的有效程度會(huì)大幅降低，因此，該步驟雖然是循環(huán)反應(yīng)，但對(duì)于整體的提取效率作用并不大；4、收集的預(yù)處理液和洗滌液中由于溶解有大量半纖維素蒸煮生成的戊糖，而戊糖隨著混合液多次循環(huán)過(guò)程中會(huì)不斷的與有機(jī)酸相接觸，發(fā)生酯化反應(yīng)生成酯類，該專利是以生物質(zhì)原料的綜合利用為目的，因此對(duì)于整條工藝是否可以單獨(dú)得到戊糖并不在意，但對(duì)于以分離得到戊糖為目的的工藝而言，該工藝并不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為此，本發(fā)明所要 解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有技術(shù)中，由于硫酸根離子的存在導(dǎo)致木糖提取工藝復(fù)雜、酸堿耗能高的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種工藝路線簡(jiǎn)單，耗能較低、木糖提取率較高的工藝。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝包括以下步驟:
[0010](I)將生物質(zhì)原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用由甲酸和乙酸形成的有機(jī)酸液對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度100-140°c，反應(yīng)20-100min，固液質(zhì)量比為1:5-1:30，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離；所述有機(jī)酸液中，所述總酸濃度為60-95wt%，所述乙酸與所述甲酸的質(zhì)量比為10:1-1:1，所述過(guò)氧化氫占所述生物質(zhì)原料的 l-5wt% ；
[0011](2)將第一次固液分離得到的固體，在過(guò)氧化氫的催化作用下，加入甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離；
[0012](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體在50_110°C，l-21kpa條件下進(jìn)行蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸汽以及固體含量為80-95wt%的濃縮液；
[0013](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，并進(jìn)行第三次固液分離，得到的液體部分即為戊糖溶液；[0014](5)將所述戊糖溶液脫色、過(guò)濾、濃縮結(jié)晶得到木糖晶體。
[0015]上述由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝中，所述步驟(3 )中，還包括將得到的甲酸和乙酸蒸汽冷凝回流用于步驟(1)中蒸煮的步驟。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(1)的所述有機(jī)酸液中，總酸濃度為75_95wt%，乙酸與甲酸的質(zhì)量比為1:6-1:8,反應(yīng)時(shí)間20-90min ;所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1-2% ；
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，酸洗溫度為20_70°C，固液質(zhì)量比為1:4_1:10，過(guò)氧化氫的加入量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的l_5wt%。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，過(guò)氧化氫的加入量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的l_3wt%。
[0019]優(yōu)選地，所述濃縮液的固體含量為80wt%-85wt%。
[0020]優(yōu)選地,所述步驟(4)中，水的質(zhì)量是所述濃縮液質(zhì)量的2-10倍。
[0021]優(yōu)選地,所述步驟(4)中,水的質(zhì)量是所述濃縮液質(zhì)量的3-6倍。
[0022]所述生物質(zhì)原料為蘆葦、 豆秸桿、小麥秸桿、稻草、玉米秸桿、瓜子殼、竹片、瓜子桿等木類或草類原料中的一種或幾種。
[0023]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、本發(fā)明所述的工藝由于戊糖溶液的生產(chǎn)是在過(guò)氧化氫的催化作用下，采用甲酸和乙酸的混合酸液蒸煮生物質(zhì)原料得到的，所述戊糖溶液中不含有硫酸根離子，因此在由戊糖制備木糖的工藝中無(wú)需額外進(jìn)行中和處理，也避免了中和后處理困難的問(wèn)題，而且無(wú)酸堿消耗，節(jié)能且無(wú)污染；
[0025]2、由于得到的戊糖溶液之前進(jìn)行過(guò)減壓蒸餾步驟，其濃度較高，只需進(jìn)行一次濃縮步驟即可進(jìn)行結(jié)晶處理；
[0026]3、本發(fā)明所述的工藝將收集的第一次和第二次固液分離得到的液體直接進(jìn)行蒸餾濃縮，蒸發(fā)得到的甲酸、乙酸冷凝后直接回流至第一步的反應(yīng)釜中用于循環(huán)使用，整個(gè)工藝路線簡(jiǎn)潔，而且由于甲酸和乙酸作為原料重新利用，對(duì)生物質(zhì)的蒸煮效率較高，相對(duì)于利用蒸煮后的蒸煮液循環(huán)的工藝而言，雖然省去了這一循環(huán)的步驟，但卻實(shí)現(xiàn)了在相同的工藝時(shí)間內(nèi)，對(duì)各個(gè)組分的提取效率更高；
[0027]4、本發(fā)明所述工藝第一步蒸煮后以及酸洗滌后收集到的戊糖溶液直接進(jìn)行減壓蒸餾，蒸餾出甲酸和乙酸，一方面可用于原料的循環(huán)，同時(shí)也盡量減少戊糖溶液中的酸含量，避免發(fā)生酯化反應(yīng)，最大限度保留蒸煮得到戊糖溶液；
[0028]5、本發(fā)明所述的工藝選用甲酸、乙酸和過(guò)氧化氫共同蒸煮生物質(zhì)原料，利用甲酸和乙酸的有機(jī)萃取性能萃取其中的木質(zhì)素，并利用其酸性蒸煮生物質(zhì)原料中的半纖維素，并以此將纖維素、木質(zhì)素分離，使得生物質(zhì)中的半纖維素均能得到最大限度的水解，木糖提取率為60%以上。過(guò)氧化氫的加入，可以在最大程度的去除木質(zhì)素的基礎(chǔ)上，保護(hù)碳水化合物。且后續(xù)過(guò)程只需要添加活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶等步驟即可完成。很大程度的節(jié)約了成本、提高了效率。
[0029]6、第一次蒸煮得到纖維素后，再次利用甲酸和乙酸的混合酸液對(duì)纖維素進(jìn)行酸洗，將纖維素內(nèi)部殘余的半纖維素和木質(zhì)素分解及溶出，保證蒸煮得到的戊糖溶液完全提取，；
[0030]7、采用減壓蒸餾的方式，將甲酸和乙酸蒸出，保證在較低的溫度下即可實(shí)現(xiàn)將甲酸、乙酸分離出來(lái)，反應(yīng)條件溫和。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0032]圖1為本發(fā)明所述工藝的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下實(shí)施例中，除有特殊說(shuō)明外，所用百分含量均表示質(zhì)量百分含量，即“％”表示“wt%” ;所述有機(jī)酸液或混合酸液中除了一定量的甲酸、乙酸外，余量為水，有機(jī)酸液的總酸濃指甲酸和乙酸的總質(zhì)量占所述有機(jī)酸液質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，混合酸液的總酸濃指酸洗步驟中加入的甲酸和乙酸的總質(zhì)量占所述混合酸液質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。
[0034]各步驟中所述的漿濃=本步驟中固體的質(zhì)量/本步驟中固體與液體的質(zhì)量和X100%
[0035]各實(shí)施例中過(guò)氧化氫H2O2以質(zhì)量濃度為27%的過(guò)氧化氫水溶液的形式加入。例如經(jīng)計(jì)算需要加入2.7g過(guò)氧化氫，則對(duì)應(yīng)的應(yīng)該是加入IOg (2.7 + 0.27=10)所述過(guò)氧化氫水溶液。 [0036]生物碳中固定碳、灰分和水分的含量測(cè)定采用煤的工業(yè)分析方法GB/T212-2008進(jìn)行測(cè)定，硫含量的測(cè)定采用煤中全硫的測(cè)定方法GB/T214-2007進(jìn)行測(cè)定，生物碳的發(fā)熱量測(cè)定方法采用煤的發(fā)熱量測(cè)定方法GB/T213-2008。固體含量采用鹵素快速水分測(cè)定儀(梅特勒-托利多，型號(hào):HB43-S)在115°C下進(jìn)行測(cè)定。戊糖或木糖溶液的濃度采用高效液相色儀(型號(hào):U_3000,廠家=ThermoFisher戴安公司)進(jìn)行測(cè)定。
[0037]各實(shí)施例中，
[0038]生物碳得率=生物碳的質(zhì)量/(參加反應(yīng)的液體的量X該液體的固體含量)X 100%
[0039]戊糖的提取率％=戊糖溶液質(zhì)量X戊糖濃度/ (原料質(zhì)量X原料中半纖維素含量)X 100% ；
[0040]木糖提取率％=木糖質(zhì)量/ (原料質(zhì)量X原料中半纖維素含量)X 100%。
[0041]實(shí)施例1
[0042]首先將蘆葦(半纖維素含量22.8%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為0.5_20cm。
[0043]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0044]( I)將蘆葦原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為80%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度115°C，反應(yīng)40min，固液質(zhì)量比為1:8，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為4:1，過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的2% ；
[0045](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為60°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，本步驟中所述混合酸液的總酸濃85% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為1:17)，固液質(zhì)量比為1:8，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的3% ；
[0046](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，于50°C，Ikpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為75%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0047](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的3倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為8.94% ;戊糖的提取率為91.9%。
[0048]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為76%。
[0049]實(shí)施例2
[0050] 首先將小麥秸桿(半纖維素含量31.4%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為
0.5_20cm。
[0051]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0052](I)將小麥秸桿原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為60%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度100°C，反應(yīng)60min，固液質(zhì)量比為
1:15，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為3:1，過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的3% ；
[0053](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為20°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，在本步驟中所述混合酸液的總酸濃度為95% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為1:2)，固液質(zhì)量比為1:6，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的4% ；
[0054](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，60°C，Ilkpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為90%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0055](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌lh，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的4倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為8.71% ；戊糖的提取率為90.5%，。
[0056]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為75.2%。
[0057]實(shí)施例3
[0058]在本實(shí)施例中，生物質(zhì)原料為玉米秸桿，首先將玉米秸桿(半纖維素含量35.7%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為0.5-2cm。
[0059]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0060]( 1)將生物質(zhì)秸桿原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為70%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度105°C，反應(yīng)50min，固液質(zhì)量比為1:30，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為10 過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的5% ；
[0061](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為70°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，其中所述混合酸液總酸濃為87% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為1:3)，固液質(zhì)量比為1:4，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的2% ；
[0062](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，于70°C，Ikpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為50%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0063](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的3倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為9.23% ;戊糖的提取率為87%。
[0064]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為77%。
[0065]實(shí)施例4
[0066]在本實(shí)施例中，生物質(zhì)原料為稻草，首先將稻草(半纖維素含量28.6%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為0.5-2cm。
[0067]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0068](1)將生物質(zhì)秸桿原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為90%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度125°C，反應(yīng)80min，固液質(zhì)量比為1:12，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為8:1，過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1% ；
[0069](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為50°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，其中所述混合酸液的總酸濃度為80% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為1:7)，固液質(zhì)量比為1:5，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的5% ；
[0070](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，80°C，21kpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為70%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0071](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的3倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為8.65% ;戊糖的提取率為89.7%，。
[0072]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為75%。
[0073]實(shí)施例5
[0074]在本實(shí)施例中，生物質(zhì)原料為竹片，首先將竹片(半纖維素含量24.6%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為0.5-2cm。
[0075]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0076]( I)將生物質(zhì)秸桿原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為95%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度140°C，反應(yīng)90min，固液質(zhì)量比為1:5，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為1:1，過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1%;
[0077](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為30°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，其中所述混合酸液的總酸濃度為81% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為3:1)，固液質(zhì)量比為1:10，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1% ;
[0078](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，IlO0C，2Ikpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為95%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0079](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的4倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為7.82% ;木糖的提取率為89.51%。
[0080]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為75%。
[0081]實(shí)施例6
[0082]在本實(shí)施例中，生物質(zhì)原料為棉花桿，首先將棉花桿(半纖維素含量22.2%)打碎，用水洗滌除塵并粉碎至粒徑為0.5-2cm。
[0083]本實(shí)施例所述生物質(zhì)原料的綜合利用工藝，包括如下步驟:
[0084]( I)將生物質(zhì)秸桿原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用總酸濃度為75%的有機(jī)酸液對(duì)處理后的生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度135°C，反應(yīng)20min，固液質(zhì)量比為1:6，并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離，其中組成所述有機(jī)酸液的乙酸與甲酸的質(zhì)量比為7:1，過(guò)氧 化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1% ；
[0085](2)在過(guò)氧化氫的催化作用下，將第一次固液分離得到的固體加入由甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗滌，其酸洗溫度為40°C，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離，其中所述混合酸液的總酸濃度為83% (甲酸與乙酸的質(zhì)量比為5:1)，固液質(zhì)量比為1:9，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的2% ；
[0086](3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體，100°C,llkpa下進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸氣，以及固體含量為80%的濃縮液，并將蒸餾出的甲酸和乙酸蒸氣冷凝回流至步驟(1)的反應(yīng)釜中，用于步驟(1)的蒸煮；
[0087](4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，其中水的加入量是濃縮液質(zhì)量的5倍，并進(jìn)行第三次固液分離，收集固液分離后的液體為的戊糖溶液，戊糖濃度為6.87% ;戊糖的提取率為95%，。
[0088]將得到的戊糖溶液添加占戊糖溶液質(zhì)量5wt%的活性炭進(jìn)行常規(guī)的脫色處理，過(guò)濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶后得到所需的木糖晶體，所述木糖提取率為75.4%。
[0089]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，包括以下步驟: (1)將生物質(zhì)原料粉碎預(yù)處理后，在過(guò)氧化氫的催化作用下，使用由甲酸和乙酸形成的有機(jī)酸液對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸煮，控制反應(yīng)溫度100-140°c，反應(yīng)20-100min，固液質(zhì)量比為1:5-1:30,并將得到的反應(yīng)液進(jìn)行第一次固液分離； 所述有機(jī)酸液中，所述總酸濃度為60-95wt%，所述乙酸與所述甲酸的質(zhì)量比為10:1-1:1，所述過(guò)氧化氫占所述生物質(zhì)原料的l_5wt%; (2)將第一次固液分離得到的固體，在過(guò)氧化氫的催化作用下，加入甲酸和乙酸組成的混合酸液進(jìn)行酸洗，并將反應(yīng)液進(jìn)行第二次固液分離； (3)收集第一次和第二次固液分離得到的液體在50-110°C，l-21kpa條件下進(jìn)行蒸餾濃縮，得到甲酸和乙酸蒸汽以及固體含量為80-95wt%的濃縮液； (4)將步驟(3)中所得的濃縮液加水稀釋，攪拌，并進(jìn)行第三次固液分離，得到的液體部分即為戊糖溶液； (5)將所述戊糖溶液脫色、過(guò)濾、濃縮結(jié)晶得到木糖晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(3)中，還包括將得到的甲酸和乙酸蒸汽冷凝回流用于步驟(1)中蒸煮的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(1)的所述有機(jī)酸液中，總酸濃度為75-95wt%，乙酸與甲酸的質(zhì)量比為1:6-1:8，反應(yīng)時(shí)間 20-90min ； 所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的1-2% ；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(2)中，酸洗溫度為20-70°C，固液質(zhì)量比為1:4-1:10，過(guò)氧化氫的加入量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的l_5wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(2)中，過(guò)氧化氫的加入量占所述生物質(zhì)原料質(zhì)量的l_3wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述濃縮液的固體含量為80wt%-85wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(4)中，水的 質(zhì)量是所述濃縮液質(zhì)量的2-10倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的由生物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖的工藝，其特征在于: 所述步驟(4)中，水的質(zhì)量是所述濃縮液質(zhì)量的3-6倍。
【文檔編號(hào)】C13K13/00GK103898247SQ201210576178
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月25日
【發(fā)明者】唐一林, 江成真, 劉潔, 高紹豐, 張茜 申請(qǐng)人:濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司