本发明专利技术公开了一种从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，步骤如下：1)以中性亚硫酸盐预处理植物纤维得到的废液为原料，固液分离去除固体残渣，得到澄清的溶液；2)将步骤1)中得到溶液稀释后，用阴离子交换树脂进行层析，去离子水洗脱，控制洗脱液流速1‑2BV/h，洗脱1‑2个柱体积得到低聚木糖溶液；3)将步骤2)中的阴离子交换树脂采用含NaOH和NaCl的水溶液为洗脱液进行洗脱，流速1‑3BV/h，经洗脱3‑6个柱体积得到木质素磺酸盐；4)将步骤2)和3)中所得溶液分别经过纳滤除盐，得到高纯度低聚木糖产品和木质素磺酸盐产品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液同步制备低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，并涉及一种阴离子交换层析法同步分离回收中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中低聚木糖和木质素磺酸盐的工艺。
技术介绍
低聚木糖又称木寡糖，是由2-10个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖。与通常人们所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比具有独特的优势，它可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性。每人每天摄入0.7克就有显著效果。同时还能促进钙的吸收，降低体内胆固醇含量，提高机体免疫力。目前低聚木糖的生产主要方法为碱抽提预处理-定向酶解，稀酸预处理-酶解，稀酸蒸煮-酶解等，生产过程中都需消耗酸、碱类化学试剂，这不仅对生产设备有耐腐蚀的要求，增加了生产成本，而且生产过程中产生的废水容易对环境造成污染；得到的低聚木糖产品中糖的组分较复杂，增加了后续分离的难度。木质素磺酸盐是从木材中提取的一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为棕黄色粉末状物，分子量一般在200-100000之间，可溶于各种不同pH水溶液。具有很强的分散性、粘结性、螯合性。被广泛用做表面活性剂、水泥减水剂、农药悬浮剂、耐火材料增塑剂等。木质素磺酸盐制取主要来源于酸性亚硫酸盐和中性亚硫酸盐预处理植物纤维原料，同时也是造纸工业的主要副产物之一，目前仅我国年产就已达到450万吨以上。专利CN 200810044890.0专利技术了一种从亚硫酸钠预处理竹浆废液中提取木质素磺酸盐的方法，将废液过滤脱去小纤维；将过滤后的液体送入过滤机，脱去杂细胞、固形杂质微粒；再除去无机盐、有机羧酸盐、低分子糖类物质、低分子木质素磺酸盐；经蒸发浓缩后干燥得到木质素磺酸钠成品。专利CN102493251A专利技术了一种从红液中提取高纯度糖液的方法，用超滤、纳滤膜系统脱除造纸红液中不同分子量木质素磺酸盐，利用离子交换树脂和电渗析去除红液中的阴阳离子，最终得到糖溶液，然而并未涉及到木质素磺酸盐提取。专利CN103468834A公开了一种中性亚硫酸盐预处理植物纤维制备低聚木糖的方法，它将富含半纤维素的农林废弃物粉粹，加入中性亚硫酸盐水溶液中，在pH 5.0-8.0、140-170℃条件下充分混合反应10-60min；可得到主要富含聚合度在2-6的低聚木糖水溶液，但未对其中形成大量的木质素磺酸盐进行同步提取。目前低聚木糖的生产主要是以天然植物纤维为原料，采用木聚糖酶定向酶解农林植物纤维资源中的木聚糖，得到不同聚合度的低聚木糖，再通过一系列膜分离、蒸发、干燥工序而制得。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够同时提取中性亚硫酸盐预处理天然植物纤维原料中溶出的半纤维素和木质素磺酸盐的方法，可以实现中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中木质素磺酸盐和低聚木糖的同步回收。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，该方法包括以下步骤：1)以中性亚硫酸盐预处理植物纤维得到的废液为原料，固液分离去除固体残渣，得到澄清的溶液；2)将步骤1)中得到澄清的溶液稀释后，用阴离子交换树脂进行层析，去离子水洗脱，控制洗脱液流速1-2BV/h，经洗脱1-2个柱体积得到低聚木糖溶液；3)将步骤2)中的阴离子交换树脂采用含NaOH和NaCl的水溶液为洗脱液进行洗脱，流速1-3BV/h，经洗脱3-6个柱体积得到木质素磺酸盐；4)将步骤2)和步骤3)中所得溶液分别经过纳滤除盐，得到高纯度低聚木糖产品和木质素磺酸盐产品。步骤1)中，所述的植物纤维为非木质植物纤维。其中，所述的非木质植物纤维为高粱杆、玉米秸秆、麦秆、稻秆和甘蔗渣中的一种或多种的混合物。步骤1)中，所述的中性亚硫酸盐预处理植物纤维的方法是，使用pH 5.0-8.0的亚硫酸盐的溶液与非木质植物纤维在140-170℃条件下在密封反应器中充分混合反应10-60min，反应结束后齿轮磨浆机磨料，经固液分离，液体部分即为废液，固体部分一般用于进一步的造纸或者发酵生产乙醇等常规工艺；其中，所述的亚硫酸盐为亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵或亚硫酸氢钙；所述的亚硫酸盐的溶液是亚硫酸和硫酸中的任一种酸与所述的亚硫酸盐混合配制的水溶液；配制方法为：将亚硫酸盐与酸按比例1g:2-4mL混合，加水稀释后，控制中性亚硫酸盐的浓度为60-120g/L，所述的非木质植物纤维与所述的亚硫酸盐的溶液的固液比为1g:4-6mL。步骤1)中所述的废液或者按照上述中性亚硫酸盐预处理植物纤维的方法得到的废液，一般要求其pH值为2.0-5.0，木质素磺酸盐含量范围60-120g/L，低聚木糖含量范围在5-20g/L。步骤1)中，固液分离之前，将中性亚硫酸盐预处理植物纤维得到的废液经无机吸附剂吸附处理，所述的无机吸附剂为硅藻土、白土或活性炭，无机吸附剂的加入量为1-10wt‰，优选5wt‰。通过步骤1)的吸附处理和/或固液分离处理，可以去除废液中的大分子固形物和胶体以及有色物质。步骤2)中，澄清的溶液稀释至其中木质素磺酸盐的浓度为40-100g/L。步骤2)中，所述的阴离子交换树脂为大孔弱碱性阴离子交换树脂，树脂骨架为苯乙烯系，树脂的功能基团为-N(CH3)2或-NH2其中的一种。优选阴离子交换树脂D354或D380。步骤2)中，所述的阴离子交换树脂经过预处理后所携带交换基团类型可为Cl-型。步骤3)中，所述的含NaOH和NaCl的水溶液，为含100g/LNaCl和20g/L NaOH的水溶液、或含100g/L NaCl和10g/L NaOH的水溶液。步骤2)和3)中，所述的阴离子交换树脂洗脱操作温度为常温，无需加热操作。步骤4)中，所述的高纯度是指低聚木糖纯度在97％以上，木质素磺酸盐纯度在99％以上。本专利技术方法得到低聚木糖主要成分以木二糖到木六糖为主，经提纯后可制备益生元，增殖双歧杆菌，应用于保健食品和饲料行业。本专利技术方法得到的木质素磺酸盐可强化木质纤维素酶解效果，具备一般表面活性剂不具备的促进效果，木质素磺酸盐还具有一定的起泡性能，在混凝土中可以起到润滑的作用，提高混凝土的流动性，是一种良好的减水剂，现已广泛应用于水煤浆、混凝土、农药、染料和石油钻探等工业领域。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下优势：1、本专利技术利用中性亚硫酸盐打开植物纤维原料天然结构，预处理料液经固液分离后，将液体中的木质素磺酸盐和低聚木糖同步提取并进行纯化，可解决了小分子木质素磺酸盐通过超滤技术与糖无法分开的问题，实现了预处理废液中木质素磺酸盐和低聚木糖联产，提高了产品的附加值，实现了纤维原料资源化利用的零排放。2、本专利技术提供的分离提取方法无需经过酶解过程，无需在特定pH条件下进行生产，无需调节废液pH值和加热，在常温下便可达到最大处理能力，无需经过超滤过程可将小分子磺化木质素和低聚木糖分开，工艺较为简单，生产周期短、无污染等优点。附图说明图1为本专利技术方法的优选实施方案(实施例3)的流程示意图。图2为根据实施例1的方法，中性亚硫酸氢镁处理麦秆废液中低聚木糖的离子色谱图，图中：X1-X6分别指的是木糖，木二糖，木三糖，木四糖，木五糖，木六糖。横坐标为保留时间，纵坐标为电荷数，可根据标准方程计算出各物质实际含本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)以中性亚硫酸盐预处理植物纤维得到的废液为原料，固液分离去除固体残渣，得到澄清的溶液；2)将步骤1)中得到澄清的溶液稀释后，用阴离子交换树脂进行层析，去离子水洗脱，控制洗脱液流速1‑2BV/h，经洗脱1‑2个柱体积得到低聚木糖溶液；3)将步骤2)中的阴离子交换树脂采用含NaOH和NaCl的水溶液为洗脱液进行洗脱，流速1‑3BV/h，经洗脱3‑6个柱体积得到木质素磺酸盐；4)将步骤2)和步骤3)中所得溶液分别经过纳滤除盐，得到高纯度低聚木糖产品和木质素磺酸盐产品。
【技术特征摘要】
1.一种从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)以中性亚硫酸盐预处理植物纤维得到的废液为原料，固液分离去除固体残渣，得到澄清的溶液；2)将步骤1)中得到澄清的溶液稀释后，用阴离子交换树脂进行层析，去离子水洗脱，控制洗脱液流速1-2BV/h，经洗脱1-2个柱体积得到低聚木糖溶液；3)将步骤2)中的阴离子交换树脂采用含NaOH和NaCl的水溶液为洗脱液进行洗脱，流速1-3BV/h，经洗脱3-6个柱体积得到木质素磺酸盐；4)将步骤2)和步骤3)中所得溶液分别经过纳滤除盐，得到高纯度低聚木糖产品和木质素磺酸盐产品。2.根据权利要求1所述的从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的植物纤维为非木质植物纤维。3.根据权利要求2所述的从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，其特征在于，所述的非木质植物纤维为高粱杆、玉米秸秆、麦秆、稻秆和甘蔗渣中的一种或多种的混合物。4.根据权利要求2所述的从中性亚硫酸盐预处理植物纤维废液中同步提取低聚木糖和木质素磺酸盐的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的中性亚硫酸盐预处理植物纤维的方法是，使用pH 5.0-8.0的亚硫酸盐的溶液与非木质植物纤维在140-170℃条件下在密封反应器中充分混合反应10-60min，反应结束后齿轮磨浆机磨料，经固液分离，液体部分即为废液；其中，所述的亚硫酸盐为亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵或亚硫酸氢钙；所述的亚硫酸盐的溶液是亚硫酸和硫酸中的任一种酸与所述的亚硫酸盐混合配制的水溶液；配制方法为：将亚硫酸盐与酸按比例1g:2-4mL混合，加水稀释后，控制中性...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳嘉，刘蕾，任继巍，郑兆娟，李鑫，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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