專(zhuān)利名稱：一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法
一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于木質(zhì)素分離提取領(lǐng)域，特別涉及一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法。
背景技術(shù)：
秸稈或木材的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。纖維素是由葡萄糖組成的大 分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑。纖維素是重要的造紙?jiān)?，以纖維素為原料的產(chǎn)品也 廣泛用于塑料、炸藥、電工及科研器材等方面。木質(zhì)素是植物界中廣泛存在的芳香族化合 物，除了苔蘚和菌類(lèi)外的其它植物都含有木質(zhì)素，是工業(yè)上唯一能從可再生資源中獲取的 芳香族化合物，其含量?jī)H次于纖維素，而且每年以500億t的速度再生。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)很復(fù) 雜，是一種具有芳香烴特性的、結(jié)構(gòu)單元為苯丙烷型的非結(jié)晶性的三維高分子網(wǎng)狀化合物， 分子結(jié)構(gòu)中含有多種活性官能團(tuán)，并且無(wú)毒、價(jià)廉，具有較高的利用價(jià)值。目前國(guó)際上已開(kāi) 發(fā)的木質(zhì)素產(chǎn)品達(dá)200余種，主要是混凝土外加劑、動(dòng)物飼料添加劑、各種粘合劑、絡(luò)合劑 等。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，木質(zhì)素制品在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用潛力十分廣闊，如復(fù)合緩釋肥料、土壤 改良劑、農(nóng)藥緩釋劑等用量也很大。隨著木質(zhì)素產(chǎn)品性能的提高和市場(chǎng)的不斷開(kāi)發(fā)，木質(zhì)素 的需求量將不斷增加。
纖維素、半纖維素與木質(zhì)素的分離方法可分為兩種，第一種方法使用預(yù)處理將纖 維素、半纖維素溶解掉，剩下的組分即為木質(zhì)素，包括酸解、酶解及離子液體法等，可分別得 到酸木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素、離子液體木質(zhì)素等，第二種方法使用預(yù)處理將木質(zhì)素溶解掉，剩 下纖維素、半纖維素，然后把溶解的木質(zhì)素沉淀出來(lái)，造紙工業(yè)主要使用的堿法制漿與亞硫 酸鹽制漿法就是如此，另外還包括有機(jī)溶劑法等。
目前工業(yè)用木質(zhì)素主要來(lái)源于造紙工業(yè)，木質(zhì)素的溶解方法主要是堿法與亞硫酸 鹽法。堿法包括石灰法、燒堿法、硫酸鹽法及預(yù)水解堿法，亞硫酸鹽法包括酸性亞硫酸氫鹽 法、亞硫酸氫鹽法、微酸性亞硫酸鹽法、亞硫酸氫鹽 亞硫酸鹽法、中性亞硫酸鹽法及堿性亞 硫酸鹽法。堿法與亞硫酸鹽法都是加入化學(xué)試劑(堿或酸、鹽)來(lái)溶解木質(zhì)素，得到黑液。 對(duì)于堿法得到的黑液中木質(zhì)素的提取，酸析法因其技術(shù)成熟可靠投資最少，仍然是目前普 遍采用的方法[湖南造紙，2008，1 13 15]，通過(guò)加酸降低pH值使木質(zhì)素沉淀下來(lái)，在加 酸改變PH值的過(guò)程中酸堿中和，同時(shí)造成酸與堿的損失，加入的化學(xué)試劑無(wú)法回收利用。 對(duì)于亞硫酸鹽法得到的黑液中木質(zhì)素的提取，主要使用堿析法，通過(guò)升高PH值使木質(zhì)素沉 淀下來(lái)，這同樣存在酸堿中和造成損失的問(wèn)題。
堿法或亞硫酸法得到的黑液中，只有加入的化學(xué)試劑及溶解的木質(zhì)素，化學(xué)試劑 的分子量都在1000以下，而木質(zhì)素是分子量為5000 50000的高分子化合物，化學(xué)試劑與 木質(zhì)素的分子量差別較大，適合于使用截留分子量范圍為1000 50000的膜分離開(kāi)，這個(gè) 范圍屬于超濾膜的截留分子量范圍。
針對(duì)以上情況，本發(fā)明提出了一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法，秸稈或木材經(jīng) 堿法或亞硫酸法處理溶解木質(zhì)素后，使用超濾膜將木質(zhì)素分離出來(lái)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)秸稈或木材經(jīng)堿法或亞硫酸法加入化學(xué)試劑來(lái)溶解木質(zhì)素， 得到黑液，采用酸析法或堿析法改變PH值來(lái)析出黑液中的木質(zhì)素沉淀時(shí)，酸堿中和同時(shí)造 成酸與堿損失的問(wèn)題，提供一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法，利用耐堿或耐酸的超濾膜 將堿法或亞硫酸鹽法處理時(shí)加入的小分子化學(xué)試劑與大分子的木質(zhì)素分離開(kāi)，減少酸堿損 失，并可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)試劑的回收利用。
本發(fā)明的技術(shù)路線秸稈或木材經(jīng)堿法或亞硫酸鹽法處理溶解木質(zhì)素，得到黑液， 對(duì)黑液進(jìn)行固液分離，分離出的固體為纖維素、半纖維素，送去造紙等其它用途，分離出的 液體包含木質(zhì)素及堿法或亞硫酸法處理時(shí)加入的化學(xué)試劑，使用合適截留分子量的超濾膜 進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)超濾膜的液體包含堿法或亞硫酸鹽法處理時(shí)加入的化學(xué)試劑，將其回收用 于秸稈或木材的處理，被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì)素濃度得到提高，進(jìn) 一步使用蒸發(fā)器濃縮后，送去干燥得到成品木質(zhì)素。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法，所述方法 包括下列步驟
(1)秸稈或木材粉碎后經(jīng)過(guò)堿法或亞硫酸鹽法處理，將秸稈或木材中的木質(zhì)素溶 解，得到固液兩相，分別包含不溶的纖維素、半纖維素及溶解的木質(zhì)素；
(2)處理后的物料通過(guò)板框過(guò)濾或螺旋擠壓機(jī)進(jìn)行固液分離，分離出的固體送去 造紙等其它用途；
(3)分離出的液體包含木質(zhì)素及堿法或亞硫酸法處理時(shí)加入的化學(xué)試劑，使用截 留分子量1000 50000的耐堿或耐酸的超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)超濾膜的液體回收用于秸稈 或木材的處理，被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì)素濃度得到提高，進(jìn)一步使 用三效負(fù)壓蒸發(fā)器濃縮；
(4)濃縮后的木質(zhì)素溶液里木質(zhì)素濃度達(dá)到50%左右，最后通過(guò)噴霧干燥法將其 干燥成成品木質(zhì)素。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)得到了高純度木質(zhì)素，用途廣泛；
(2)堿法或亞硫酸鹽法處理時(shí)加入的化學(xué)試劑可實(shí)現(xiàn)回收利用；
(3)沒(méi)有酸堿中和問(wèn)題，減少了酸堿損失。


圖1是本發(fā)明的技術(shù)路線圖具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1
秸稈或木材經(jīng)過(guò)粉碎后送入蒸煮罐，采用燒堿制漿法蒸煮條件用堿量 (Na0H)4%。液比1 6，升溫時(shí)間lh，最高溫度155°C，保溫時(shí)間2h，蒸煮結(jié)束后降溫到 60°C，然后用300目的板框過(guò)濾機(jī)對(duì)蒸煮后的物料進(jìn)行分離，分離后的固體送去它用，而液 體使用截留分子量1000的聚氯乙烯超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)超濾膜的堿液再送入蒸煮罐循環(huán)利用，被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì)素濃度得到提高，進(jìn)一步使用三效 負(fù)壓蒸發(fā)器濃縮，濃縮后的溶液里木質(zhì)素濃度達(dá)到53 %，最后通過(guò)噴霧干燥法將木質(zhì)素溶 液干燥成成品木質(zhì)素。
實(shí)施例2
秸稈或木材經(jīng)過(guò)粉碎后送入蒸煮罐，采用硫酸鹽制漿法蒸煮條件用堿量(Na2O 計(jì))4%，硫化度25%，液比1 4，升溫1.75h，保溫2. 5h，最高溫度168°C (120°C小放氣)， 蒸煮結(jié)束后降溫到60°C，然后用300目的板框過(guò)濾機(jī)對(duì)蒸煮后的物料進(jìn)行分離，分離后的 固體送去它用，而液體使用截留分子量10000的聚偏氟乙烯超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)超濾膜 的堿液再送入蒸煮罐循環(huán)利用，被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì)素濃度得 到提高，進(jìn)一步使用三效負(fù)壓蒸發(fā)器濃縮，濃縮后的溶液里木質(zhì)素濃度達(dá)到52 %，最后通過(guò) 噴霧干燥法將木質(zhì)素溶液干燥成成品木質(zhì)素。
實(shí)施例3
秸稈或木材經(jīng)過(guò)粉碎后送入蒸煮罐，采用亞硫酸鹽制漿法蒸煮條件總酸4. 2%, 化合酸與游離酸比2. 3、液比1 7、最高溫度155°C、保溫時(shí)間135min，蒸煮結(jié)束后降溫到 60°C，然后用螺旋擠壓機(jī)對(duì)蒸煮后的物料進(jìn)行分離，分離后的固體送去它用，而液體使用截 留分子量20000的聚丙烯腈超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)超濾膜的堿液再送入蒸煮罐循環(huán)利用， 被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì)素濃度得到提高，進(jìn)一步使用三效負(fù)壓蒸 發(fā)器濃縮，濃縮后的溶液里木質(zhì)素濃度達(dá)到50 %，最后通過(guò)噴霧干燥法將木質(zhì)素溶液干燥 成成品木質(zhì)素。
實(shí)施例4
秸稈或木材經(jīng)過(guò)粉碎后送入蒸煮罐，采用亞硫酸氫鹽制漿法蒸煮條件總酸 4. 3%、化合酸與游離酸比1. 45、液比1 5、最高溫度160°C、最高壓力0. 65MPa，升溫時(shí)間 3. 0h，保溫時(shí)間3. 45min，蒸煮結(jié)束后降溫到60°C，然后用螺旋擠壓機(jī)對(duì)蒸煮后的物料進(jìn)行 分離，分離后的固體送去它用，而液體使用截留分子量50000的聚醚砜超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透 過(guò)超濾膜的堿液再送入蒸煮罐循環(huán)利用，被超濾膜截留的液體為木質(zhì)素溶液，其中的木質(zhì) 素濃度得到提高，進(jìn)一步使用三效負(fù)壓蒸發(fā)器濃縮，濃縮后的溶液里木質(zhì)素濃度達(dá)到48 %， 最后通過(guò)噴霧干燥法將木質(zhì)素溶液干燥成成品木質(zhì)素。
權(quán)利要求
1.一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法，所述方法包括下列步驟(1)秸稈或木材粉碎后經(jīng)過(guò)堿法或亞硫酸鹽法處理溶解木質(zhì)素；(2)對(duì)處理后的物料進(jìn)行固液分離，分離出的固體送去造紙等其它用途；(3)分離后的液體使用超濾膜進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)的液體回收用于秸稈或木材的處理，截留 的液體為得到濃縮的木質(zhì)素溶液，將其送到三效負(fù)壓蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步濃縮；(4)濃縮后的木質(zhì)素溶液通過(guò)噴霧干燥法干燥得到成品木質(zhì)素。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于堿法包括石灰法、燒堿法、硫酸鹽法及預(yù) 水解堿法，亞硫酸鹽法包括酸性亞硫酸氫鹽法、亞硫酸氫鹽法、微酸性亞硫酸鹽法、亞硫酸 氫鹽·亞硫酸鹽法、中性亞硫酸鹽法及堿性亞硫酸鹽法。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理后的物料固液分離方式為板框過(guò)濾 或螺旋擠壓機(jī)擠壓分離。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于超濾膜材料可選聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、 聚丙烯腈、聚醚砜或陶瓷中的任意一種。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于超濾膜的截留分子量為1000 50000。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超濾膜分離提取木質(zhì)素的方法，屬于秸稈或木材中木質(zhì)素的分離提取領(lǐng)域，該方法包括秸稈或木材經(jīng)過(guò)堿法或亞硫酸鹽法處理溶解木質(zhì)素，處理后的物料進(jìn)行固液分離，分離出的固體送去造紙等其它用途，分離出的液體再經(jīng)超濾膜過(guò)濾，透過(guò)的液體回收用于秸稈或木材的處理，截留的液體為得到濃縮的木質(zhì)素溶液，送去蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，再經(jīng)干燥后制得成品木質(zhì)素，可用于做粘合劑、絡(luò)合劑等。本發(fā)明的方法沒(méi)有酸堿中和問(wèn)題，減少了酸堿的損失，并且堿法或亞硫酸鹽法處理時(shí)加入的化學(xué)試劑可實(shí)現(xiàn)回收利用。
文檔編號(hào)C08H7/00GK102030909SQ20091009307
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者丁文勇, 生曉東, 陳洪章, 馬保華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所, 香港來(lái)禾生物科技有限公司