从木质纤维素基质中提取戊糖的方法技术

本发明专利技术涉及使存在于生物质材料中的含木糖/阿拉伯糖的聚合物水解的方法。该水解是通过存在于基质的盐产生的酸进行的，由此使酸不断地被再循环，从而明显减少盐的排放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从木质纤维素基质中提取戊糖的方法
本专利技术涉及从木质纤维素基质，特别是从含半纤维素的基质中提取戊糖的方法。本专利技术尤其涉及从含有木质纤维素(半纤维素)的基质中提取戊醛糖，特别是木糖或阿拉伯糖的方法。
技术介绍
在这之前，有相当多的文献涉及从含半纤维素的基质中提取戊糖(如木糖和阿拉伯糖)。因此，可原样使用所提取的木糖，但主要将其转化成木糖醇或糠醛。阿拉伯糖也可以被转换成糠醛，或进一步加工成阿拉伯糖醇和/或加氢裂化产物。木糖和/或阿拉伯糖可以从广泛的基质获得，包括农业或林业原材料加工过程中所获得的副产物。该副产物的典型实例是例如谷物秸秆、谷物麸皮、玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、甜菜肉、杏仁壳、椰子壳或其他木质纤维素的副产物。该列举不应被认为是限制性的。大多数现有技术方法是使用相对温和的酸性条件来水解存在于这些材料中的半纤维素、木聚糖或阿拉伯木聚糖结构。这样得到的戊糖溶液可含有大量的矿物质和其他杂质。当例如使用木糖作为基质制备木糖醇时，就获得高纯度木糖而言，必须将这些杂质除去以获得之后可进行结晶的木糖溶液。为了得到所需纯度，本文描述了各种方法，例如过滤(去除颗粒杂质)、超滤、离子交换、脱色、离子排阻或色谱，或它们的组合(WO2007048879，第1页，23-27行)。经过全部这些纯化步骤，得到了含有酸、盐和其它有机杂质的副产物流(sidestream)，其不得不被丢弃掉。由于处理这些副产物流越来越贵，而这些副产物流被认为是对环境有害的，因此需要限制这样的副产物流，若有可能，在该方法中将其再利用。在提纯含木糖/阿拉伯糖的水解产物的过程中，为限制废液，已采取了多种尝试。因此使用了多种方法。减少半纤维素水解过程中的废液的一种方法是回收和再利用用于含半纤维素底物的水解的酸。在EP219136中，从含戊糖的溶液中回收酸是通过溶剂提取的方法实现的，而在GB922685中，盐酸是通过减压蒸发酸性戊糖溶液回收的。在US5560827和US5407580中，公开了采用离子排阻技术从非离子组分(如糖)中分离强酸的方法。因此，可将该酸流重新浓缩并再用于水解步骤。这减少了大量的不需要的废石膏的产生。强酸阳离子交换树脂可用于这些方法。由此获得的酸流确实还含有其它带正电的离子。当实施此方法时，观察到酸和糖的分离效率就戊糖和酸组分的回收和纯度而言得到改进。在WO9906133中也公开了一种用于分离从木质纤维素材料的水解获得的酸和糖的方法。因此，使用离子排阻色谱法以回收和再利用部分酸，从而减少了酸的消耗。在这种情况下，使用强碱性阴离子交换树脂。因此，回收了更纯的酸部分，其含有较少杂质，例如重金属和/或碱和/或碱土金属离子。但是，与采用H+型阳离子树脂进行的酸分离相比(US5560827和US5407580)，这一选择就树脂的稳定性而言较差。还可通过电透析实现对酸的回收，这种方法已经在一些专利文件中公开，例如US5244553、CN1477107和CN101705313。从含糖的物流中回收酸的第三种方式是通过纳米过滤。这种方法公开于US7077953中。技术的组合也被描述过，因此重点在于废液的减少和/或酸流的再利用。在CN101392009中，首先对酸性木糖溶液进行电渗析步骤，由此回收部分硫酸。然后，将其余的物流再进一步通过离子交换(阳离子/阴离子交换顺序后通过混合床)和最终的纳米过滤步骤进行处理。申请人由此声明，将废酸和废碱在离子交换树脂的再生过程中回收，其节省了硫酸消耗，且避免了对环境的污染。US4025356公开了含半纤维素材料的连续水解的方法，其中至少两个部分的水解产物被再循环到水解器中。第一部分在酸中相当的浓，第二弱酸部分则通过洗涤纤维残渣获得并在将其引入连续水解容器之前重新酸化。该过程的目的是降低酸的消耗。因此，对于对存在于农业和林业副产物中的含戊糖聚合物进行的酸水解以及这些戊糖的回收，仍然有必要进一步减少该方法中的废料的形成和化学品的消耗。此外，仍需改善戊糖和酸的回收加工步骤的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供从含木质纤维素的基质中提取戊糖的方法，其中所述方法包括下列后续步骤：-将含木质纤维素的基质送入水解反应器中进行酸性部分水解的步骤；-将部分水解的木质纤维素基质分成不溶部分和含有溶解的矿物质和水溶性有机材料的液体部分；-使液体部分进行去阳离子的步骤，其中将所述液体部分送至氢型强酸阳离子交换(SACE)树脂；-随后，将去除阳离子的液相送至以离子排阻模式进行的强酸阳离子交换(SACE)树脂，其中酸和中性单糖被彼此分开；和-将至少一部分的酸回收至水解反应器中。该含木质纤维素的基质具体为含半纤维素的基质。本专利技术提出的解决方案是基于有效利用存在于基质上的矿物盐的想法，该盐作为用来水解含戊糖的聚合物的酸的来源。作为其结果，无机酸的消耗将减少到最低，且丢弃的废盐也因此被减少到最低。此外，出人意料地发现，戊糖和酸的回收明显提高，这是作为本专利技术的一部分的特定的方法步骤的结果。在一个优选的本专利技术的方法中，所述的酸性部分水解步骤是在0.5至2的pH进行的。优选pH为1至2。优选地，在所述的酸性部分水解步骤中，该反应温度为70℃至140℃，优选为80℃至120℃，更优选为90℃至110℃。在更优选的本专利技术的方法中，所述酸性部分水解步骤是间歇或连续进行的。优选连续进行水解步骤。优选地，在连续进行的水解步骤中，将再循环的酸逆流或顺流地加至水解反应器中。根据本专利技术的一个有利的方法，将分离出的不溶性部分进一步洗涤和挤压，其中将该洗涤水送回到水解反应器中。因此，残留的酸和可溶性有机材料被回收并再循环至水解反应器中。在去除阳离子步骤之前的本专利技术的具体方法中，将所述的液体部分浓缩至约25-50％d.s.。优选地，浓缩是使用已知的标准方法，通过蒸发进行的。蒸发仪器选自板式蒸发器、降膜蒸发器、多效蒸发器、升膜蒸发器或强制循环蒸发器，优选降膜蒸发器。在本专利技术的优选的方法中，以0.1至10BV/h的速率以及在40℃至99℃的温度，将所述液体部分送至以去除阳离子模式进行的强酸阳离子交换(SACE)树脂中。在更优选的实施方案中，去除阳离子分别是在40℃至60℃，和80℃至99℃的温度(是分别水解多余的戊糖聚合物所需的)，并以0.5至5BV/h的渗滤速率进行的。在去除阳离子步骤中，从基质中提取的矿物质被转化为酸，从而提供了从基质产生的酸。同时，去除碱金属和碱土金属、重金属(例如铁或铬)和含氮物质，提供了低阳离子的酸流。根据本专利技术的更优选的方法，以去除阳离子模式进行的强酸阳离子交换(SACE)树脂是利用在离子排阻步骤中得到的一部分酸再生的。该再生步骤产生的废液之后将被清除。酸的量由一定量补充酸来弥补。在本专利技术的最优选的方法中，将补充酸加至水解反应器中和/或将其用于使以去除阳离子模式进行的强酸阳离子交换(SACE)树脂再生。附图说明现在更详细地描述本专利技术，并通过下面的图和实施例进行阐明，以下的图和实施例应被视为并非限制本专利技术的保护范围，且如权利要求中所表达，其中的标号用来指示附图，其中-图1表示酸流的流动；-图2是本专利技术方法的图示，其中将再循环的酸顺流加入；-图3是本专利技术方法的图示，其中将再循环的酸逆流加入；-图4显示对去除阳离子的EU粗磨粉(EU-Grits)水解产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含木质纤维素的基质中提取戊糖的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：‑将含木质纤维素的基质送入水解反应器中进行酸性部分水解的步骤；‑将部分水解的木质纤维素基质分成不溶性部分和含有溶解的矿物质和水溶性有机材料的液体部分；‑对液体部分进行去阳离子的步骤，其中将所述液体部分送至氢型强酸阳离子交换(SACE)树脂；‑随后，将去除阳离子的液相送至以离子排阻模式工作的强酸阳离子交换(SACE)树脂，其中酸和中性单糖被彼此分开；‑将至少一部分的酸再回收至水解反应器中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从含木质纤维素的基质中提取戊糖的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：-将含木质纤维素的基质送入水解反应器中进行酸性部分水解的步骤；-将部分水解的木质纤维素基质分成不溶性部分和含有溶解的矿物质和水溶性有机材料的液体部分；-对液体部分进行去阳离子的步骤，其中将所述液体部分送至氢型强酸阳离子交换树脂；-随后，将去除阳离子的液相送至以离子排阻模式工作的强酸阳离子交换树脂，其中酸和中性单糖被彼此分开；-将至少一部分的酸再回收至水解反应器中。2.根据权利要求1的方法，其特征在于将所述酸性部分水解步骤在pH0.5至2进行。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在所述酸性部分水解步骤中，反应温度在70℃至140℃变化。4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述酸性部分水解步骤是分批进行或连续进行的。5.根据权利要求4的方法，其特征在于在连续进行的水解步骤中，将再循环的酸逆流或顺流地加至水解反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：F范兰克，
申请(专利权)人：赛罗尔比利时公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE