一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法技术

一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，以超声波协同金属离子助催化纤维素选择性酸水解废液为原料，通过向提取完固体水解纤维素产物的废液中补充盐酸和金属离子，使其满足初始水解工艺条件后再次水解利用，实现纤维素酸水解废液的高效循环利用。最终循环水解条件下得到的水解纤维素结晶度维持在75%~85%之间，其结晶度和晶型结构也均未受到影响，同时循环后水解废液中还原糖含量的显著增加也有利于累积后废液发酵制备纤维素乙醇。本发明专利技术实现了酸水解过程废液的零排放、提高了纤维素资源和化学试剂的有效利用率、减少了环境污染。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法
本专利技术属于天然高分子
，具体涉及一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法。
技术介绍
构成植物细胞壁的木质纤维素类生物质含有纤维素、半纤维素和木素等复杂的组成成分，在生物炼制过程中半纤维素降解产生戊糖（木糖、阿拉伯糖等）较难转化为乙醇，但可能被转化成其他相对高值的产品。微晶纤维素是天然纤维素通过酸水解及后续处理得到的具有高附加值的纤维素类功能材料。现阶段酸水解方法现已被广泛用于降解去除纤维素无定形区，尽量保留结晶区用于制备微晶纤维素。但制备分离出微晶纤维素固体产物后的液体组分通常会背直接废弃排放，这样既浪费了废液中大量的酸等化学试剂和部分纤维素资源降解后的还原糖资源，同时也对环境造成了污染，未能做到纤维素资源的高值化和多元化利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以纤维素酸水解废液为水解试剂，重复利用水解废液中的化学品资源循环制备微晶纤维素，解决现有技术对纤维素酸水解后废液直接排放这一弊端。为达到以上目的，本专利技术提供一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，包括以下步骤：1）采用超声波协同金属离子对纤维素原料进行酸水解降解，水解后固体水解纤维素产物过滤分离后进一步加工制备微晶纤维素，以水解过滤所得废液为原料，通过向废液中补充盐酸和金属离子，使其满足水解初始工艺；2）将步骤1）中满足初始水解工艺的废液依次循环补充进行1~5次水解，将不同循环水解次数下所得固体水解纤维素产物洗至中性后真空冷冻干燥过300目网筛即得到微晶纤维素产品；3）分别检测不同循环水解次数下得到的微晶纤维素产品结晶度和化学结构；同时，测得循环水解后废液中还原糖含量，废液多次累积可用于后期发酵制备纤维素乙醇。步骤1）中纤维素原料为桉木硫酸盐溶解桨板，水解前桨板通过疏解机分散拧干后平衡水分备用。步骤1）中超声波协同金属离子水解时间为50~70min，处理温度为70~90℃，金属离子溶液为浓度0.1~0.6mol/L的FeCl3溶液，HCl溶液浓度为1.0~3.0mol/L，超声波处理频率20KHz。步骤2）中固体水解纤维素产物是采用-50℃的真空冷冻干燥进行的，干燥时间为24h。本专利技术的有益效果：在保证纤维素酸水解制备的微晶纤维素产品结晶度稳定的前提下，有效地循环利用了纤维素酸水解废液制备微晶纤维素，避免废液直接排放造成的环境污染，同时充分利用了水解废液中的有效化学品资源、积累了水解液中的还原糖含量，实现了纤维素资源的充分高值化利用。采用上述水解废液多次循环利用制备的微晶纤维素产品结晶度维持在75%~85%之间，与未循环条件下制得的微晶纤维素结晶度相比基本没有变化，所得产物的得率维持在80%~90%之间；同时水解废液中还原糖的浓度随着循环次数的增大而增加，循环3次时废液中的还原糖浓度与未循环相比由1.08g/L增加到3.32g/L。具体实施方式实施例1一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，具体按照如下步骤：1）将疏解平衡水分后的溶解浆原料和反应溶液按照固液比1:15置于250ml三口烧瓶中，依次加入2.5mol/L的HCl，0.3mol/L的FeCl3溶液，80℃槽式超声波反应器中协同处理水解50min，同时辅以搅拌器搅拌，反应结束后立即将固液组分进行真空抽滤分离，固体水解纤维素组分进一步过滤洗涤至中性后冷冻干燥，干燥后样品通过300目网筛后即可得到微晶纤维素产品；2）对真空抽滤所得液体组分进行组分分析，测定其中残留HCl、FeCl3浓度以及总还原糖浓度，通过向水解废液中补加新鲜的酸和金属离子溶液使其达到初始的水解工艺参数，即HCl2.5mol/L，FeCl30.3mol/L，反应固液比1:15。按照步骤1）中相同的水解方法，用补充后的水解废液作为水解试剂对溶解浆原料进行酸水解制备微晶纤维素，相同方法循环3次后检测制得的微晶纤维素的结晶度；本实施例制得的微晶纤维素采用日本理学D/max2200PC自动X射线衍射仪进行结晶度测试，最大管压60Kv，最大管流80mA，Cu靶Ka射线源（λ=0.1518nm），Ni滤波，衍射角2θ扫描范围6～50°；扫描速度2°/min，试样的结晶度根据峰面积法由MDIJade5.0软件多次分峰拟合得到。最终所得水解废液循环3次后所得微晶纤维素样品结晶度为81.9%，与相同工艺下单次水解所得产品相比结晶度基本维持不变，但水解废液中总还原糖浓度由1.08g/L增加到3.32g/L。实施例2一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，具体按照如下步骤：1）将疏解平衡水分后的溶解浆原料和反应溶液按照固液比1:15置于250ml三口烧瓶中，依次加入3.0mol/L的HCl，0.1mol/L的FeCl3溶液，70℃槽式超声波反应器中协同处理水解60min，同时辅以搅拌器搅拌，反应结束后立即将固液组分进行真空抽滤分离，固体水解纤维素组分进一步过滤洗涤至中性后冷冻干燥，干燥后样品通过300目网筛后即可得到微晶纤维素产品；2）对真空抽滤所得液体组分进行组分分析，测定其中残留HCl、FeCl3浓度以及总还原糖浓度，通过向水解废液中补加新鲜的酸和金属离子溶液使其达到初始的水解工艺参数，即HCl2.5mol/L，FeCl30.3mol/L，反应固液比1:15。按照步骤1）中相同的水解方法，用补充后的水解废液作为水解试剂对溶解浆原料进行酸水解制备微晶纤维素，相同方法循环5次后检测制得的微晶纤维素的结晶度；本实施例制得的微晶纤维素采用日本理学D/max2200PC自动X射线衍射仪进行结晶度测试，最大管压60Kv，最大管流80mA，Cu靶Ka射线源（λ=0.1518nm），Ni滤波，衍射角2θ扫描范围6～50°；扫描速度2°/min，试样的结晶度根据峰面积法由MDIJade5.0软件多次分峰拟合得到。最终所得水解废液循环三次后所得微晶纤维素样品结晶度为75.5%，与相同工艺下单次水解所得产品相比结晶度基本维持不变。以上内容是结合具体的优选实施例对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施方式仅限于此，对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本专利技术由所提交的权利要求书确定专利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）采用超声波协同金属离子对纤维素原料进行酸水解降解，水解后固体水解纤维素产物过滤分离后进一步加工制备微晶纤维素，以水解过滤所得废液为原料，通过向废液中补充盐酸和金属离子，使其满足水解初始工艺；2）将步骤1）中满足初始水解工艺的废液依次循环补充进行1~5次水解，将不同循环水解次数下所得固体水解纤维素产物洗至中性后真空冷冻干燥过300目网筛即得到微晶纤维素产品；3）分别检测不同循环水解次数下得到的微晶纤维素产品结晶度和化学结构；同时，检测循环水解后废液中还原糖含量，废液多次累积可用于后期发酵制备纤维素乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素酸水解废液循环制备微晶纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）采用超声波协同金属离子对纤维素原料进行酸水解降解，水解后固体水解纤维素产物过滤分离后进一步加工制备微晶纤维素，以水解过滤所得废液为原料，通过向废液中补充盐酸和金属离子，使其满足水解初始工艺；2）将步骤1）中满足初始水解工艺的废液依次循环补充进行1~5次水解，将不同循环水解次数下所得固体水解纤维素产物洗至中性后真空冷冻干燥过300目网筛即得到微晶纤维素产品；3）分别检测不同循环水解次数下得到的微晶纤维素产品结晶度和化学结构；同时，检测循环水解后废液中还原糖含量，废液多次累积可用于后期发酵制备纤维素乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明科，
申请(专利权)人：西安网清生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61