專利名稱：：一種脫除秸稈木質(zhì)素組分工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于生物質(zhì)材料利用，特別涉及脫除農(nóng)作物秸稈木質(zhì)素獲取高品位秸稈纖維素
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：纖維素是農(nóng)作物秸稈的主要組分之一，隨植物種類不同，纖維素含量為3050%，其次是半纖維素(含量2535%)和木質(zhì)素(含量為1020%)。三組分之間通過化學(xué)鍵及氫鍵等復(fù)雜的非化學(xué)鍵作用形成復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)，難于分離利用。由于農(nóng)作物生長周期短，產(chǎn)量大，作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的農(nóng)作物秸稈是一類真正意義上取之不盡的可再生天然資源。生物質(zhì)資源不僅具有可再生性，而且具有良好的生物相容性以及可生物降解性。對其組分進行環(huán)?；咝Х蛛x，成為開發(fā)利用的主要技術(shù)難點。近幾年來圍繞農(nóng)作物秸稈的組分分離及其高附加值應(yīng)用，國內(nèi)外部開展了大量研究工作，相關(guān)的專利文獻包括通過對秸稈進行預(yù)處理以提高其降解利用率(CN101121175A)；利用在高壓及堿的水溶液條件下，用亞硫酸鹽脫除秸稈木素(CN1010294590)和高沸點的1，4-丁二醇在高壓及催化劑作用條件下，半纖維素的水解和斷裂，使得木素溶于改性1，4_丁二醇中，實現(xiàn)與纖維素分離，達到組分分離的效果(CN101029459A)；通過化學(xué)方法處理，利用各組分衍生物性質(zhì)的差異進行分離，如將秸稈在硫酸催化下以乙酸/乙酸酐進行乙酰化(CN101139400A)；將秸稈原料溶于離子液體中進行改性(W02008098036)達到分離及利用的目的；還包括以紡紗為目的，通過汽爆，菌種脫膠等工藝得到可紡紗的秸稈纖維(CN101200811A)。但是，這些研究工作仍然存在環(huán)保、不能將組分徹底分離等問題。開發(fā)環(huán)保、低耗、高效的秸稈組分分離方法仍然是生物質(zhì)利用
技術(shù)領(lǐng)域：
的最具挑戰(zhàn)性的難點。汽爆可使秸稈中的半纖維素通過自體水解作用發(fā)生降解，同時少量木素也伴隨降解為低分子物質(zhì)，使纖維疏松形成多孔結(jié)構(gòu)(麥草汽爆預(yù)處理的研究纖維素科學(xué)與技術(shù)7(4)，1999，14.)，這種多孔結(jié)構(gòu)為溶劑的滲入并溶出木質(zhì)素提供了有利的前提條件，只要選擇到合適的溶劑就能有效的將木質(zhì)素脫除，因此有機溶劑在秸稈組分分離研究中受到重視。在已見的有機溶劑制漿報道中，所用的溶劑主要包括醇類，有機羧酸類和高沸點醇類(并且通常在酸的催化下)，但是都沒有達到徹底去除木質(zhì)素的效果，木質(zhì)素殘留量通常為7%以上(這樣的木質(zhì)素含量足以滿足造紙的要求，但不能滿足對纖維素更高層次的幵發(fā)禾丨J用)。在‘‘InfluenceofdimethylformamidepulpingofwheatstrawoncellulosedegradationandcomparisionwithkraftprocessBioresourceTechnology99，2008，3568)”中報道非質(zhì)子溶劑DMF在制漿過程中可有效防止纖維素的降解；另外，在"Polysaccharides,tightlyboundtocelluloseincellwallofflaxbastfiberisolationandidentification(CarbohydratePolymers72，2008，719)”中以DMS0-熱水提取秸稈中的多糖組分用以做結(jié)構(gòu)分析。由此可見，這類非質(zhì)子溶劑對于半纖維素也有溶解作用。鑒于已有的方法存在的環(huán)保或不能將秸稈中的木質(zhì)素組分完全脫除的問題，同時基于以上研究結(jié)果，本發(fā)明將極性非質(zhì)子溶劑引入混合溶劑體系既可有效保護纖維素結(jié)構(gòu)在分離過程中不被破壞，又可以在有機堿的催化下高效脫除農(nóng)作物秸稈中的木質(zhì)素組分，同時也可以將汽爆預(yù)處理后殘留的半纖維(多糖組分)溶出，達到獲得高純度秸稈纖維素的目的。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于攻克以往的秸稈組分分離工藝不能將木質(zhì)素組分完全脫除的缺陷，提供一種簡單、環(huán)保、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工藝方法，為獲得高品位纖維素，進而為其高附加值利用解決關(guān)鍵難題。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。一種脫除秸稈木質(zhì)素組分工藝，用于經(jīng)汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈木質(zhì)素組分的脫除，包括以下主要的工藝步驟將汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈除去水溶性及醇溶性降解物后的固體渣料置于由水與極性非質(zhì)子溶劑組成的混合溶劑中，水與極性非質(zhì)子溶劑的體積比為101110；在混合溶劑總體積0.15%的有機堿催化作用下攪拌加熱至80150°C，并保持26小時，木質(zhì)素組分溶解，纖過固液分離后得到的固體物即秸稈纖維素。本發(fā)明采用了溫和的脫木質(zhì)素方法，不會損害纖維素的結(jié)構(gòu)及性能，且混合溶劑和催化劑可通過減壓蒸餾回收，并可再次循環(huán)利用于相同目的，分離出的木質(zhì)素可收集另用。本發(fā)明的相對溫和的脫木質(zhì)素方法，不會損害纖維素的結(jié)構(gòu)及性能，且混合溶劑和催化劑可通過減壓蒸餾回收，并可再次循環(huán)利用于相同目的，分離出的木質(zhì)素可收集另用。由于所采用的混合溶劑可回收循環(huán)利用，所以，本發(fā)明的工藝技術(shù)不污染環(huán)境，為環(huán)保高效地獲得高品位秸稈纖維素攻克了關(guān)鍵的難題。具體實施例方式本發(fā)明的具體工藝是汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈依次經(jīng)過水抽提及醇抽提除去水溶性及醇溶性降解物后，將固體渣料置于水、極性非質(zhì)子溶劑組成的混合溶劑中，在少量有機堿的催化作用下，攪拌加熱至微沸并保持一段時間，其中的木質(zhì)素組分溶解在混合溶劑中，經(jīng)過真空過濾進行固液分離后得到的固體物即為秸稈纖維素。所使用的極性非質(zhì)子溶劑是指N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亞砜(DMSO)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)等極性非質(zhì)子溶劑中的一種；為了達到徹底脫除木質(zhì)素組分的目的，使用了有機堿作為催化劑，例如苯胺，N-甲基吡唳，吡啶等中的一種；混合溶劑中水與極性非質(zhì)子溶劑的體積比為101110，有機堿的用量為混合溶劑總體積的0.15%；加熱處理溫度為80150°C，處理時間26小時。本發(fā)明中的極性非質(zhì)子溶劑的作用是溶解木質(zhì)素，與已見報道的用于有機溶劑制漿的醇類、羧酸類溶劑相比，由于其不含活性質(zhì)子，因而不與纖維素分子之間存在氫鍵作用從而避免了纖維素結(jié)構(gòu)受到影響；有機堿的催化作用較之無機堿及有機酸類具有明顯的優(yōu)越性，脫除木素效率高，同時也避免了酸的存在造成的纖維素降解的可能性。在下面的實施例中，通過汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈在混合溶劑及有機堿催化下蒸煮處理和固液分離得到的固體即為秸稈纖維素，其中木質(zhì)素含量的檢測方法參照GB/T2677.8-94,Y-纖維素(即半纖維素)含量低于纖維素產(chǎn)品質(zhì)量的1%(檢測方法參照TAPPIT203cm-99)；溶解在混合溶劑中的木質(zhì)素可通過減壓蒸餾回收利用，同時回收混合溶劑經(jīng)適當(dāng)?shù)慕M分調(diào)整后循環(huán)使用。所用各類物料均屬于工業(yè)純等級。實施例實施例15秸稈纖維素樣品的一般分離工藝過程如下將經(jīng)汽爆預(yù)處理并除去了水(醇)溶性降解物后的干燥秸稈渣料置于反應(yīng)瓶中，按101110比例加入約150ml的水和所述極性非質(zhì)子溶劑組成混合溶劑，再加入混合溶劑體積0.15%的所述有機堿催化劑后，將反應(yīng)瓶加熱至80150°C并保溫攪拌處理26小時后停止加熱，待反應(yīng)瓶冷至室溫后，通過真空過濾進行固液分離。固體以熱水淋洗后干燥，即得秸稈纖維素產(chǎn)品，液體在0.OlMPa壓力下和3565°C溫度下減壓蒸餾回收混合溶劑，并收集木質(zhì)素。比較例為了對比本發(fā)明的效果，在與本發(fā)明實施例完全相同的工藝和條件下，采用等量的質(zhì)子溶劑(甲醇)代替其中的非質(zhì)子溶劑，或用無機堿(NaOH)代替本發(fā)明的有機堿，比較了去除木質(zhì)素和半纖維素的效果，結(jié)果列入表1中。表1工藝條件與纖維素產(chǎn)品中酸不溶木質(zhì)素及半纖維素含量<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>1纖維素產(chǎn)品收率是指經(jīng)過干燥的產(chǎn)品質(zhì)量與用于混合溶劑脫木素處理的經(jīng)汽爆預(yù)處理的絕干秸稈質(zhì)量之比；2酸不溶木質(zhì)素含量的測定方法參照GB/T2677.8-94；3半纖維素(γ纖維素)含量的測定方法參照TAPPIT203cm-99。權(quán)利要求一種脫除秸稈木質(zhì)素組分工藝，用于經(jīng)汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈木質(zhì)素組分的脫除，包括以下主要的工藝步驟將汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈除去水溶性及醇溶性降解物后的固體渣料置于由水、極性非質(zhì)子溶劑組成的混合溶劑中，混合溶劑中水與極性非質(zhì)子溶劑的體積比為10∶1～1∶10；在用量為混合溶劑總體積的0.1～5％有機堿的催化作用下，攪拌加熱至微沸并保持一段時間，其中的木質(zhì)素組分溶解在混合溶劑中，經(jīng)過固液分離后得到的固體物即為高純度秸稈纖維素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之脫除秸稈木質(zhì)素組分工藝，其特征在于，所述極性非質(zhì)子溶劑為以下物質(zhì)之一N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亞砜，N-甲基吡咯烷酮；所述用作催化劑的有機堿為以下物質(zhì)之一苯胺，N-甲基吡啶，吡啶。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之脫除秸稈木質(zhì)素組分工藝，其特征在于，所述的加熱處理溫度為80150°C，處理時間26小時.全文摘要本發(fā)明公開了一種脫除農(nóng)作物秸稈木質(zhì)素組分工藝，用于經(jīng)汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈木質(zhì)素組分的脫除，包括以下主要的工藝步驟將汽爆預(yù)處理的農(nóng)作物秸稈除去水溶性及醇溶性降解物后的固體渣料置于由水與極性非質(zhì)子溶劑組成的混合溶劑中，水與極性非質(zhì)子溶劑的體積比為10∶1～1∶10；在混合溶劑總體積0.1～5％的有機堿催化作用下攪拌加熱至80～150℃，并保持2～6小時，木質(zhì)素組分溶解，經(jīng)過真空過濾進行固液分離后得到的固體物秸稈纖維素。本發(fā)明采用了溫和的脫木質(zhì)素方法，不會損害纖維素的結(jié)構(gòu)及性能，且混合溶劑和催化劑可通過減壓蒸餾回收，并可再次循環(huán)利用于相同目的，分離出的木質(zhì)素可收集另用。文檔編號D21C3/20GK101798769SQ201010141040公開日2010年8月11日申請日期2010年4月7日優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日發(fā)明者周祚萬,姜曼,宋志蓉,朱世步申請人:西南交通大學(xué)