一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备技术

本发明专利技术公开了一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备，其中本发明专利技术方法主要包括以下步骤：（1）甘蔗渣预处理；（2）蒸汽爆破；（3）超声分离；（4）碱提；（5）酸沉；（6）干燥精制；本发明专利技术还提供了该方法所采用的专用设备。通过采用蒸汽爆破和超声分离协同处理的方法，确保甘蔗渣有效的破壁，显著提高木质素的制得分离效率，因而大大提高了甘蔗渣中木质素的分离纯度。同时本发明专利技术方法不使用有机溶剂，且所设计的设备能够保证制备过程中产生的废液顺利回收，使得该方法具有环保性。

Method for separating lignin from bagasse and special equipment thereof

The invention discloses a method for separating lignin from bagasse and its special equipment, wherein the method mainly comprises the following steps: (1) bagasse pretreatment; (2) steam explosion; (3) ultrasonic separation; (4) alkali extraction; (5) acid precipitation; (6) drying and refining; and the invention also provides the method adopted. Special equipment. By means of steam explosion and ultrasonic separation, the effective wall breaking of bagasse was ensured, and the separation efficiency of lignin from bagasse was significantly improved, so the separation purity of lignin from bagasse was greatly improved. At the same time, the method of the invention does not use organic solvents, and the designed equipment can ensure the smooth recovery of waste liquid produced in the preparation process, so that the method has environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备
本专利技术属于农产品废弃物回收利用领域，特别是涉及一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备。
技术介绍
木质素是由苯丙烷单元通过醚键（-O-）和碳键（C-C）连接而成的具有天然芳香族高分子化合物。在植物纤维中，木质素含量仅次于纤维素和半纤维素，是第三大天然有机物，约占5-30%。人类对纤维素的研究已有几千年的历史，可是对木质素的研究却是从1930年开始，且发展较慢。木质素有很好的分散性、阻燃性、耐溶剂型、热稳定性，其分子具有多种活性官能团（芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等），在现代工业中有较高的利用价值；目前优质的木质素已被广泛应用，国际上已开发的木质素产品达200余种。在我国，甘蔗渣是一种重要的农产品废弃资源，甘蔗渣是制糖的一种农产品废弃物，每生产出1t的蔗糖就会产生约1t的蔗渣。越来越多的国家特别是发达国家已经把农产品废弃物等可再生资源的转化利用列入社会经济可持续发展的重要战略，农产品废弃生物质的有效利用，已经成为当今人类可持续发展的重点之一。甘蔗渣中含有大量的纤维素、木质素、半纤维素等天然高分子物质。目前这些蔗渣除少量用于造纸外，绝大部分被烧掉或废弃，不仅造成资源浪费，还严重污染环境。因此，如果能从甘蔗渣中分离出优质的木质素应用于工业生产将会产生巨大的经济效益和生态效益。虽然人们对甘蔗渣的综合利用做了大量的研究，但对于木质素分离工艺方面的研究却较少。甘蔗渣中木质素和纤维素与半纤维素紧密地交织在一起，很难进行分离，而纤维素和半纤维素的存在又会破坏木质素的加工性能。因此，如何在保持甘蔗渣木质素分离量的基础上，尽量脱除纤维素和半纤维素成为纤维素工业上一个重要而紧迫的问题。当前生物质综合利用的发展趋势看，植物在生长的过程中，由于不同生物酶的作用纤维素和其他天然物质（主要是木素和半纤维素）从最初的光合作用能源物质——葡萄糖开始，不断地高分子化并且相互作用系统交织混合在一起。正因为如此，在分离甘蔗渣的木质素之前，必须对原料进行一定的化学处理，旨在尽可能地去除大部分或全部纤维素和半纤维素，从而得到较纯的木质素组分。目前，以提高农产品废弃物利用率为目的的研究大多采用亚硫酸盐法和预水解法破坏木质素与纤维素的结合，其工艺流程大致为原料准备（去皮、切片）、蒸煮（浸于亚硫酸氢盐的亚硫酸溶液中加压加热），精选、漂白、脱水和干燥。在蒸煮过程中使木质素降解溶于蒸煮液中成为黑液，使纤维素与木质素分离。这种方法严重污染环境、需要大型的药品回收设备。另一方面，从黑液中分离的木质素中残留蒸煮化学药品，不适于制备高纯度、高附加值的木质素产品。这些方法能耗高、环境污染和效率低是这些方法的弊端。这些方法未考虑将纤维素与其它组分分离，而木质素本身是纤维素酶的抑制剂，即使能够破坏木质素与纤维素的结合，但不能有效排除木质素抑制剂的影响。关于甘蔗渣中分离木质素的报道有：1.中国专利2011年9月14日四川大学申请的《综合分离甘蔗渣中木质纤维素的绿色新工艺》专利技术以废弃物甘蔗渣为原料，利用碱提、酸沉分别将纤维素和木质素提取分离；分离后的上清液用酸性离子液体进行水解，将半纤维素转化为糠醛形式回收。实现了用一系列连续的工艺对甘蔗渣中的纤维素、木质素及半纤维素三类成分分别进行了提取分离利用。2.中国专利2011年4月16日华南理工大学申请的《一种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法》，包括；甘蔗渣充分干燥，机械粉碎，用索式抽提脱蔗蜡，再通过热水浴脱除半纤维素，将脱半纤维素的蔗渣与离子液混合，超声作用3~5min，使蔗渣中的木质素在离子液中溶解，加碱稀释后，通过过滤分离出脱木质素的蔗渣纤维素；溶解的木质素调节ph值2~3沉淀析出，通过离心分离木质素；通过中和、有机溶剂萃取和真空浓缩的方法回收离子液。然而这些报道中的技术离子液溶剂的作用虽然工业上运用比较环保，但是很难规模化利用将木质素完全从甘蔗渣里分离出来，而传统的分离木质素的方法在工业上运用时能耗大，对设备要求高，还会因为使用大量有机溶剂而产生有机废水。因此，建立一条将甘蔗渣中木质素充分分离的工业新工艺和专用的节能高效设备，并将其推广至其他农业废弃物的分离应用，在经济利益和社会效益两方面都有着重要意义。
技术实现思路
为了解决上述现有技术方案中存在的问题，本专利技术提供一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备，以达到农产品废弃物回收利用，绿色、安全、高效的分离木质素的目的。本专利技术提供的一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其包括以下步骤：（1）甘蔗渣预处理：先将甘蔗渣投入90~100℃水浴清洗20~30min，再将经过水浴处理的甘蔗渣通过鼓风干燥操作使甘蔗渣的自然水分含量<8%；（2）甘蔗渣蒸汽爆破制浆料：将步骤（1）中通过鼓风干燥处理的甘蔗渣装入蒸汽爆破制浆设备中，将甘蔗渣爆破成棉絮状的甘蔗渣浆料，得到的甘蔗渣浆料再次进行鼓风干燥处理，使甘蔗渣浆料自然水分<4%，再将甘蔗渣浆料粉碎至40~80目，得到甘蔗渣浆料粉；（3）超声分离：将步骤（2）得到的甘蔗渣浆料粉加入蒸馏水搅拌20~30min后，接着将甘蔗渣浆料粉装入超声分离设备中处理，得到甘蔗渣超声处理液；（4）碱提：向步骤（3）得到的甘蔗渣超声处理液在50~70℃下加入无机碱液，离心分离后收集离心滤液，既为甘蔗渣木质素粗提取液；（5）酸沉：将步骤（4）中得到的甘蔗渣木质素粗提取液的ph值调至1~3，然后加入无机酸溶液，静置沉淀30~40min后离心，得到沉淀物；（6）干燥精制：将步骤（5）中得到的沉淀物投入80~100℃水浴里清洗10~20min，然后取出经过鼓风干燥5~10min后既得甘蔗渣分离提取产物木质素。优选的，步骤（2）的蒸汽爆破制浆设备中先注入水蒸气增压至1.3~1.5MPa，保压8~10min，然后再将压力提高到1.5~1.7MPa，立即打开阀门卸压。优选的，步骤（3）的超声分离设备中超声功率为50~70KHz，甘蔗渣浆料在50~70℃条件下处理10~15min，超声分离设备的工作为间歇工作，工作2min，停1min。优选的，所述无机碱液为质量分数3%~8%的H2O2与质量分数8%~15%的NaOH混合，或者质量分数3%~8%的H2O2与质量分数8%~15%的KOH混合。优选的，所述无机酸液为质量分数20%~40%的乙酸和NaClO4的混合而成。本专利技术在另一方面还提供了一种从甘蔗渣中分离木质素的方法所采用的专用设备，包括蒸汽浆料爆破设备和超声分离设备。所述蒸汽浆料爆破设备包括真空泵、原料输送管道、负压排空罐和爆破罐，所述负压排空罐的一端通过原料输送管道与真空泵连接，所述负压排空罐的出料口与爆破罐的进料口连接，所述爆破罐的上部还设有烟囱装置，所述爆破罐出料口端连接有浆液收集罐，所述烟囱装置的下部连接有污水管道，所述污水管道连接有污水收集箱，烟囱装置的上部连接有粉尘排放管，所述粉尘排放管连接有粉尘收集箱；所述爆破罐包括罐体、进料口和浆液输出口，所述进料口设于罐体的上部，进料口入口处设有喷放阀，所述浆液输出口设有浆液输送管道；所述烟囱装置包括喷水装置、烟囱仓体、烟囱盖、粉尘排放口和废水排放口，所述烟囱仓体内设置有喷水装置，烟囱仓体还设有粉尘排放口，烟囱仓体顶部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）甘蔗渣预处理：先将甘蔗渣投入90~100℃水浴清洗20~30min，再将经过水浴处理的甘蔗渣通过鼓风干燥操作使甘蔗渣的自然水分含量

【技术特征摘要】
1.一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）甘蔗渣预处理：先将甘蔗渣投入90~100℃水浴清洗20~30min，再将经过水浴处理的甘蔗渣通过鼓风干燥操作使甘蔗渣的自然水分含量<8%；（2）甘蔗渣蒸汽爆破制浆料：将步骤（1）中通过鼓风干燥处理的甘蔗渣装入蒸汽爆破制浆设备中，将甘蔗渣爆破成棉絮状的甘蔗渣浆料，得到的甘蔗渣浆料再次进行鼓风干燥处理，使甘蔗渣浆料自然水分<4%，再将甘蔗渣浆料粉碎至40~80目，得到甘蔗渣浆料粉；（3）超声分离：将步骤（2）得到的甘蔗渣浆料粉加入蒸馏水搅拌20~30min后，接着将甘蔗渣浆料粉装入超声分离设备中处理，得到甘蔗渣超声处理液；（4）碱提：向步骤（3）得到的甘蔗渣超声处理液在50~70℃下加入无机碱液，离心分离后收集离心滤液，既为甘蔗渣木质素粗提取液；（5）酸沉：将步骤（4）中得到的甘蔗渣木质素粗提取液的ph值调至1~3，然后加入无机酸溶液，静置沉淀30~40min后离心，得到沉淀物；（6）干燥精制：将步骤（5）中得到的沉淀物投入80~100℃水浴里清洗10~20min，然后取出经过鼓风干燥5~10min后既得甘蔗渣分离提取产物木质素。2.根据权利要求1所述一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，所述步骤（2）的蒸汽爆破制浆设备中先注入水蒸气增压至1.3~1.5MPa，保压8~10min，然后再将压力提高到1.5~1.7MPa，立即打开阀门卸压。3.根据权利要求1所述一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，所述步骤（3）的超声分离设备中超声功率为50~70KHz，甘蔗渣浆料在50~70℃条件下处理10~15min，超声分离设备的工作为间歇工作，工作2min，停1min。4.根据权利要求1所述一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，所述无机碱液为质量分数3%~8%的H2O2与质量分数8%~15%的NaOH混合，或者质量分数3%~8%的H2O2与质量分数8%~15%的KOH混合。5.根据权利要求1所述一种从甘蔗渣中分离木质素的方法，其特征在于，所述无机酸液为质量分数20%~40%的乙酸和质量分数30%~40%的NaClO4混合而成。6.根据权利要求1所述一种从甘蔗渣中分离木质素...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志鹏，淡贵添，
申请(专利权)人：广西洋荣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45