本发明专利技术涉及一种植物纤维原料预处理制备戊糖和有机木质素的方法，本发明专利技术利用由有机溶剂－酸－水溶液配制的水解液，把水解半纤维素和溶出木质素结合在一个工艺流程中完成。本发明专利技术可以在温和条件下把半纤维素几乎全部提取出来并水解成为以戊糖为主的单糖，同时把大部分的木质素也溶解出来成为能溶解于有机溶剂的有机木质素，余下的部分则是以纤维素为主的已基本分离成单根纤维状的物料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工领域，具体说是一种植物纤维原料的预处理制备戊糖和有机木质 素的方法。
技术介绍
植物纤维原料是自然界中极为丰富的可再生资源，如果植物纤维原料能被很好的 利用，那将很大程度上降低化工原料的成本。然而迄今为止，人们对植物纤维原料的 利用却很不充分。这是因为植物纤维原料中的主要成分纤维素、半纤维素和木质素紧 密结合在一起，而且其加工性能也差。纤维素的熔融温度高于分解温度，故加热至分 解也不具备溶解性和流动性。要利用植物纤维原料就需要一定的预处理过程，把植物 纤维原料中的全部半纤维素和部分或全部木质素与纤维素分离开来，并使半纤维素水 解成以戊糖为主的单糖，使余下的纤维素成为一种结构疏松且易于被酸或酶快速水解 的材料，从而实现生物量的全利用。近年来，对植物原料的预处理方法主要有第一，稀碱法用热的稀碱溶液可以 脱除部分木质素和半纤维素。但热碱处理会引起纤维素和半纤维素的剥皮反应，降低 还原糖得率，而且碱处理后需要大量的水来洗涤原料，提取的半纤维素还需要用稀酸 重新进行水解才能得到戊糖，碱处理也使所得糖液颜色加深，增加了后处理成本。第 二，稀酸法用热的稀HCI或H2S04溶液可以把植物纤维原料中的绝大部分半纤维素 溶解出来，常用的工艺有两种，其一为在不高于125'C下长时间保温，优点在于水解得到的五碳糖很少水解成糠醛，但无法提取木质素；其二为在18(TC 20(TC的高温下 短时保温，优点在于速度快，但高温会使五碳糖分解成糠醛，从而使还原糖得率降低且亦无法把木质素提取出来。第三，有机溶剂法利用有机溶剂如醇类、酮类、酚类、 DMS0、胺类、羧酸等在160 20(TC下处理1~2小时，可以把大部分木质素和半纤维素 溶解出来，但该法需要在高温高压下进行，高温会导致戊糖分解成糠醛而使还原糖得 率很低，对设备要求也高。第四蒸汽爆破法该法在200。C左右的条件下短时保温然 后瞬间泄压，可以把植物纤维原料基本离解成单根纤维，同时把半纤维素水解成以寡 糖为主的糖类，但木质素的溶出较少。除了这些还有使用混合溶剂的水解方法，如巴 西的Dedini快速水解工艺(DHR法)，但由于该法是使用高温高压条件同时水解半纤 维素和纤维素，不可避免地会使戊糖分成糠醛以及己糖分解成5-羟甲基糠醛，使还原 糖得率较低，所以此法没有被推广应用。
技术实现思路
为了克服上述植物纤维原料预处理方法的不足，本专利技术提供了一种植物纤维原料 的水解液以及用该水解液预处理植物纤维原料的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的植物纤维原料水解液，所述水解液包括如下组分 及其含量(重量)无机酸 0.5%~25%， 醇类 30%~65%，水 余量；或者，无机酸 0.5%~25%， 醚类、酮类或羧酸类或它们混合物(I ) : 30%~99%，水 0.5%~69.5%;或者，无机酸 0.5%~25%， 醇类与(I )的混合物(II ) 30%~99%， 水 0.5%~69.5%，其中(II)中醇类的含量(重量)不高于651本专利技术中的所述无机酸为HCI或H2S04。所述醇类包括甲醇、乙醇、正丙醇、异 丙醇。所述醚类包括四氢呋喃、1， 4-二氧六环、1， 3-二氧五环、1， 3-二噁烷。所述 酮类为丙酮。所述羧酸类包括甲酸、乙酸、丙酸。本专利技术提供的预处理植物纤维原料的方法，包括以下步骤(1) 备料，把植物纤维原料切削成细料后，干燥，备用；(2) 水解，把(1)步中处理好的原料置于权利要求1的所述的水解液中，在40°C 125'C温度下反应15分钟~24小时；(3) 分离，将步骤(2)得到的溶液固液分离，得到纤维素滤渣和滤液A:(4) 沉淀，沉淀滤液A中的木质素，固液分离，得到木质素沉淀和滤液B:(5) 蒸馏，蒸馏滤液B直到把有机溶剂全部蒸发掉，得到不含有机溶剂的糖液。 其中，当用H2SCU作为无机酸配制水解液时，所得滤液A用CaC03来中和，过 滤，得到不含H2S04的滤液A。当用HCI作为无机酸配制水解液时，所得糖液用碱或 CaC03来中和残留的HCI，得到不含无机酸的糖液。在本专利技术预处理植物纤维原料的方法的一个具体实施例中，所述步骤(4)中沉 淀木质素的方法为在滤液A中加入适量的水使有机溶剂的浓度降低至不能再溶解有 机木质素时，使木质素形成沉淀；或者，当使用较高的含水量的水解液时，可以通过 蒸馏使滤液A的有机溶剂浓度降低，木质素因溶解度降低而沉淀出来；但当使用较低 的含水量的水解液时，当滤液A蒸馏至一定程度后，加入适量的水以降低有机溶剂浓 度，使木质素因溶解度降低而沉淀出来。若所述植物纤维原料为木质原料，所述木质原料切削成细料后，要再经过蒸汽爆 破法处理后，再干燥；若所述植物纤维原料为草质原料，所述草质原料切削成细料后，直接干燥处理。作为本专利技术预处理植物纤维原料的方法的一个实施例，步骤(3)中得到的滤渣用不含无机酸的上述有机溶剂与水的混合液洗涤，所得的洗潘液用于配制水解液，以 便循环使用。作为本专利技术预处理植物纤维原料的方法的另一个实施例，所述步骤(4)中得到 的木质素沉淀用水洗涤，蒸馏所得洗涤液以便回收其中的有机溶剂。本专利技术的预处理植物纤维原料的方法，在稀酸水解液中加入有机溶剂后，半纤维 素的水解可以促进木质素的溶解，而木质素的溶解又可以反过来促进半纤维素的水解， 这种相互促进的溶出作用，可以达到降低反应温度或者减少反应时间的目的，从而降 低能耗，使戊糖的得率提高，降低成本；另一方面用有机溶剂-酸-水溶液来处理植物纤维材料可以同时把半纤维素和木质素提取出来，除了可以得到戊糖和有机木质素两 种产品外，还可以得到结构疏松的单根纤维状的纤维素，其结构变得疏松，更有利于 后续的纤维素的酶或酸水解，特别是对纤维素酸水解来讲，不仅可以减少糖与木质素 的縮合作用，而且木质素的大大减少还可以大大减少因木质素酸解生成的深色物质，从而减少糖液的处理成本；还有，由于反应温度较低、反应条件温和以及有机溶剂的 作用，木质素基本上只发生溶解作用，而基本不发生分解作用，使所得戊糖溶液的颜 色很浅，可以无须脱色就可以进行发酵或进一步纯化制备木糖或木糖醇，这样就降低 了糖液的处理成本。把戊糖单独分离出来，从而可以单独发酵，这样就可以避开酵母 菌无法同时发酵戊糖和己糖的问题；有机木质素由于比其他方法提取的木质素具有更高的反应活性，而且能够溶解于有机溶剂，故具有广泛的用途。 附图说明图1为本专利技术预处理植物纤维原料的方法的流程图；图2为本专利技术预处理植物纤维原料的方法的一个优选实施例的流程图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术的预处理植物纤维原料方法的流程图，其基本流程为(1) 备料，把植物纤维原料切削成细料后，干燥，备用；(2) 水解，把(1)步中处理好的原料置于权利要求1的所述的水解液中，在40'C 125'C温度下反应15分钟~24小时；(3) 固液分离，得到纤维状滤渣和滤液A;(4) 沉淀，沉淀滤液A中的木质素，然后固液分离，得到木质素沉淀和滤液B;(5) 蒸馏，蒸馏滤液B直到把有机溶剂全部蒸发掉，得到不含有机溶剂的糖液。图2为本专利技术的预处理植物纤维原料方法的一个优选实施例的流程图，其具体过 程为(1) 备料高度木质化的植物纤维原料(如针叶木、阔叶木、竹材、果壳等)切削成细料后再经过蒸汽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物纤维原料水解液，其特征在于，所述水解液包括如下组分及其含量（重量）：无机酸：０．５％～２５％，醇类：３０％～６５％，水：余量；或者，无机酸：０．５％～２５％，醚类、酮类或羧酸类或它们混合物（Ⅰ）：３０％～９９％，水：０．５％～６９．５％；或者，无机酸０．５％～２５％，醇类与（Ⅰ）的混合物（Ⅱ）３０％～９９％，水：０．５％～６９．５％，其中（Ⅱ）中醇类的含量（重量）不高于６５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈培豪，
申请(专利权)人：陈培豪，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]
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