木糖渣制備木質(zhì)素磺酸鹽聯(lián)產(chǎn)微晶纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體涉及一種木糖渣制備木質(zhì)素磺酸鹽聯(lián)產(chǎn)微晶纖維素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)素磺酸鹽又稱磺化木質(zhì)素，是亞硫酸鹽法造紙木漿的副產(chǎn)品，用石灰、氯化鈣、堿式醋酸鉛等沉淀劑，經(jīng)過(guò)沉淀、分離、烘干等工藝而制得。此種工藝復(fù)雜，并且所得木質(zhì)素磺酸鹽純度較低。
[0003]微晶纖維素(Microcrystaline celulose，MCC)是一種以β_1，4葡萄糖苷鍵結(jié)合的直鏈?zhǔn)蕉嗵牵商烊焕w維素經(jīng)稀酸水解至極限聚合度(LODP)的可自由流動(dòng)的白色或近白色粉末狀固體產(chǎn)物。傳統(tǒng)制備微晶纖維素主要以稻殼、甜菜漿、甘蔗渣、玉米芯、小麥、大麥、稻草、蘆葦桿、花生殼、絲瓜、印度竹等高α-纖維素的天然纖維為原料，采用酸水解、洗滌、干燥、粉碎等工藝過(guò)程，溶去木質(zhì)素等非纖維素物質(zhì)，然后水洗、干燥，得到粉末微晶纖維素產(chǎn)品，此種工藝需要使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，并消耗大量能源、水源和化學(xué)試劑(化工原料)，對(duì)環(huán)境造成多次污染。
[0004]我國(guó)生產(chǎn)木糖和木糖醇已有50多年的歷史，是世界木糖和木糖醇生產(chǎn)和出口大國(guó)。每年處理大量的玉米芯生產(chǎn)木糖，在生產(chǎn)木糖過(guò)程中，每處理I噸玉米芯就會(huì)產(chǎn)生0.6噸的木糖渣，經(jīng)檢測(cè)木糖渣中含有50-60%的纖維素、25-30%的木質(zhì)素。目前這些廢渣的主要用途是代替一部分燃煤進(jìn)行生物質(zhì)發(fā)電，還有一部分是農(nóng)民買(mǎi)去進(jìn)行食用菌養(yǎng)殖，利用價(jià)值較低。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，解決玉米芯廢渣再利用降低木糖成本是當(dāng)前企業(yè)亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種木糖渣制備木質(zhì)素磺酸鹽聯(lián)產(chǎn)微晶纖維素的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中木質(zhì)素磺酸鹽制備工藝復(fù)雜、純度低等冋題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種木糖渣制備木質(zhì)素磺酸鹽聯(lián)產(chǎn)微晶纖維素的方法，主要包括以下步驟:
Cl)取木糖渣預(yù)處理，包括除砂、脫水、破碎；
(2)向步驟(I)所得預(yù)處理之后的木糖渣中加入磺化藥劑進(jìn)行磺化，然后過(guò)濾、洗滌，得到黑液和殘?jiān)?br> (3)將步驟(2)所得黑液進(jìn)一步過(guò)濾后進(jìn)行超濾，回收超濾透過(guò)液即木質(zhì)素磺酸鹽溶液，然后進(jìn)行濃縮，濃縮液噴霧干燥得到木質(zhì)素磺酸鹽；
(4)將步驟(2)所得殘?jiān)住⑾礈?、脫水、干燥、粉碎、篩分，即得微晶纖維素。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式之一，所述步驟(I)中脫水是指木糖渣經(jīng)壓濾脫水機(jī)、螺旋擠漿機(jī)脫水至含水量40-70%。
[0008]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述磺化藥劑為堿與亞硫酸鹽的混合物，所述磺化藥劑總量為絕干木糖渣質(zhì)量的15-25%，堿與亞硫酸鹽的質(zhì)量比為1:0.3-1 ο
[0009]優(yōu)選的，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)選的，所述亞硫酸鹽選自亞硫酸鈉、亞硫酸鈣、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀中的一種或幾種。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(2)磺化溫度為130-165°c，時(shí)間60_240min，磺化度>
1.2mmol/g (以離子交換-電導(dǎo)滴定法測(cè)定成品木質(zhì)素磺酸鹽磺化度)。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(2)磺化時(shí)加入0.3%-1%的蒸煮助劑(質(zhì)量比，對(duì)絕干木糖渣)。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述蒸煮助劑選自蒽醌、二氫二羥基蒽二鈉鹽、四氫蒽醌、綠氧中的一種。
[0014]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(2)過(guò)濾采用板框壓濾機(jī)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(3)過(guò)濾采用袋式過(guò)濾器，濾除細(xì)微顆粒、懸浮物。
[0016]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(3)超濾采用超濾膜組件進(jìn)行分段截取，每隔2-5h加水洗濾。
[0017]采用超濾膜組件進(jìn)行分段截取，可以清除黑液中的粘液質(zhì)和大分子雜質(zhì)。
[0018]每隔2_5h加水洗濾，可以提高木質(zhì)素磺酸鹽轉(zhuǎn)移率。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟(3)超濾時(shí)，超濾膜組件進(jìn)水端操作壓力為0.1-0.5MPa、出水端壓力為0.1-0.3MPa，超濾膜工作溫度為10-40°C。
[0020]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(3)濃縮采用納濾膜連續(xù)分離濃縮，濃縮至固含量為10-20%。
[0021]采用納濾膜連續(xù)分離濃縮，在濃縮的同時(shí)，可以透析更多糖、無(wú)機(jī)鹽等小分子成分，透過(guò)的堿液回收利用于磺化藥劑配置。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟(3)納濾時(shí)，納濾膜的進(jìn)水端操作壓力0.3-1.0MPa、出水端壓力0.1-0.8MPa，超濾膜工作溫度50-80°C。
[0023]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(3)噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度200_260°C，出風(fēng)溫度 80-100°C，霧化器轉(zhuǎn)速 15000-22000r/min。
[0024]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(4)漂白采用雙氧水，雙氧水用量0.5-1.5%，氫氧化鈉0.5-1.5%，溫度60-80°C，時(shí)間2-3h，以上藥劑用量均對(duì)絕干纖維素殘?jiān)|(zhì)量而言。
[0025]根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式，所述步驟(4)干燥采用盤(pán)式干燥機(jī)、氣流干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)、管束干燥機(jī)中的一種。
[0026]本發(fā)明所述木糖渣是指采用玉米芯為原料制備木糖工藝中產(chǎn)生的玉米芯廢渣。
[0027]如上所述，本發(fā)明的木糖渣制備木質(zhì)素磺酸鹽聯(lián)產(chǎn)微晶纖維素的方法，具有以下有益效果:
采用本發(fā)明所述方法，所得木質(zhì)素磺酸鹽的純度多90%(以十六胺法檢測(cè))，同時(shí)可以制備得到微晶纖維素，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)潔，解決了目前玉米芯產(chǎn)業(yè)中資源利用率低的問(wèn)題，玉米芯提取木糖產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)資源綜合利用開(kāi)發(fā)后，將改變玉米芯的應(yīng)用范圍，提升玉米芯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，延展出木質(zhì)素衍生產(chǎn)品、纖維素產(chǎn)品等，使單一的木糖生產(chǎn)變?yōu)榱硕嘣a(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0029]須知，下列實(shí)施例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對(duì)壓力。
[0030]此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說(shuō)明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個(gè)設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說(shuō)明。而且，除非另有說(shuō)明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0031]實(shí)施例一
(I)除砂:木糖渣分別經(jīng)清洗分離機(jī)、高濃除砂器、分離除砂機(jī)、疏解除砂機(jī)除砂，然后經(jīng)壓濾脫水機(jī)、螺旋擠漿機(jī)脫水至50%左右，再經(jīng)破碎機(jī)破碎備用。
[0032](2)磺化:將步驟(I)所得破碎后木糖渣置于蒸球中，并加入磺化藥劑及少量蒸煮助劑蒽醌，加水調(diào)節(jié)至固液比為1:4，磺化溫度130°C，時(shí)間240min?；腔巹闅溲趸c與亞硫酸鈉質(zhì)量比為13:7的混合物，磺化藥劑用量為絕干木糖渣質(zhì)量的15%，蒸煮助劑用量為0.3% (質(zhì)量比，對(duì)絕干木糖渣)，磺化度> 1.2mmol/g (以離子交換-電導(dǎo)滴定法測(cè)定成品木質(zhì)素磺酸鹽磺化度)。
[0033](3)固液分離洗滌:將步驟(2)磺化后的木糖渣輸送至全立式全自動(dòng)板框壓濾機(jī)內(nèi)，過(guò)濾后采用兩級(jí)逆流清洗，得到過(guò)濾黑液及洗滌干凈的纖維素殘?jiān)?br>[0034](4)提純濃縮:將步驟(3)所得黑液經(jīng)袋式過(guò)濾器進(jìn)一步濾除細(xì)微顆粒、懸浮物后進(jìn)入超濾膜組件進(jìn)行分段截取，截留清除黑液中粘液質(zhì)和大分子雜質(zhì)，每隔2- 5h加水洗濾提高木質(zhì)素磺酸鹽轉(zhuǎn)移率，經(jīng)分離提純后截留液和透過(guò)液作為兩股出水直接排出膜組件，回收得到純度多90%的木質(zhì)素磺酸鹽溶液(以十六胺法檢測(cè))，其中超濾膜的進(jìn)水端操作壓力0.1MPa、出水端壓力0.1MPa，超濾膜工作溫度40°C。將超濾后的透過(guò)液經(jīng)過(guò)納濾膜連續(xù)分離濃縮，每隔l_3h加水洗濾，透析更多糖、無(wú)機(jī)鹽等小分子成分，最后濃縮至固含量達(dá)到10-20%，透過(guò)的堿液回收利用于磺化藥劑配置。其中納濾膜的進(jìn)水端操作壓力0.3MPa、出水端壓力0.1MPa，超濾膜工作溫度50°C。
[0035](5)噴霧干燥:將步驟(4)所得濃縮液直接噴霧干燥得到純度多90%的木質(zhì)素磺酸鹽成品。其中控制噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度260°C，出風(fēng)溫度100°C，霧化器轉(zhuǎn)速15000r/min。
[0036](6)纖維素漂白、洗滌脫水:將步驟(3)所得洗凈的纖維素殘?jiān)秒p氧水漂白后洗滌脫水，雙氧水用量1.5%，氫氧化鈉1.5%，漿濃25%，溫度80°C，時(shí)間3h，以上藥劑用量均對(duì)絕干纖維素殘?jiān)|(zhì)量而言。
[0037](7)干燥:將步驟(6)所得纖維素殘?jiān)?、洗滌脫水后，利用盤(pán)式干燥機(jī)干燥至水分< 10%。
[0038](8)粉碎:將步驟(7)所得干燥后纖維素利用超微粉碎機(jī)等相關(guān)設(shè)備粉碎至325目篩透過(guò)率多95%，即得聚合度為200 - 300Dp的微晶纖維素產(chǎn)品，該微晶纖維素可用于合成革生產(chǎn)中，符合國(guó)標(biāo)LY/T1333— 1999。
[0039]實(shí)施例二
(I)除砂:木糖渣分別經(jīng)清洗分離機(jī)、高濃除砂器、分離除砂機(jī)、疏解除砂機(jī)除砂，然后經(jīng)壓濾脫水機(jī)、螺旋擠漿機(jī)脫水至50%左右，再經(jīng)破碎機(jī)破碎備用。
[0040](2)磺化:將步驟(I)所得破碎后木糖渣置于蒸球中，并加入磺化藥劑及少量蒸煮助劑綠氧，加水調(diào)節(jié)至固液比為1: 10，磺化溫度165°C，時(shí)間60min。磺化藥劑為氫氧化鉀與亞硫酸氫鈉的混合物，質(zhì)量比為1:0.3，磺化藥劑的用量為絕干木糖渣質(zhì)量的20%，蒸煮助劑用量為1% (質(zhì)量比，對(duì)絕干木糖渣)，磺化度> 1.2mmol/g (以離子交換-電導(dǎo)滴定法測(cè)定成品木質(zhì)素磺酸鹽磺化度)。
[0041](3)固液分離洗滌:將步驟(I)磺化后的木糖渣輸送至全立式全自動(dòng)板框壓濾機(jī)內(nèi)，過(guò)濾后采用兩級(jí)逆流清洗