一种从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法。本发明专利技术是将纤维物或木胶质纤维物浸泡于稀硫酸中，再用滚筒压榨除去大部分的酸液，将湿润、但无可流动液体的纤维物或木胶质纤维物加热后放置于一封闭的大容器中，保温。一段时间后，加入温水，用萃取柱将纤维物中半纤维水解后的糖液抽出。本发明专利技术提供的纤维物前处理方法，可将纤维物中半纤维和纤维完全分开，各加以充分利用，同时提高半纤维水解后的利用率，降低回收费用和能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于有机化学中植物秸杆的预处理方法。
技术介绍
植物秸杆是以纤维、半纤维及木胶质三类物质为主要成份。每产一吨粮食，田地也同时产约一又十分之一吨的植物秸杆如麦草、玉米秆等。我国年产四亿八千万吨粮食，同时当有约五亿三千万吨的植物秸杆产于农地。这实是一量大而可再生的资源。此外森林产物除供应建材和纸张外，还有大量目前被废弃而未加利用的纤维物如小枝、树皮、树叶、木屑、废纸等，总量每年也约有五亿吨之多。我国人口众多，天然资源以人均计算实不如许多其他国家，如能将每年近十亿吨的植物秸杆加以利用，对国家经济发展、子孙后代的福利当有巨大助益。植物秸杆含三种主要成份纤维、半纤维和”木胶质及其他”各占全重的百分之四十到四十五、三十五到四十、和十五到二十。在天然植物体中，这三种成份各有它在体态结构上的贡献纤维为线状并可结晶，半纤维则分布于纤维的四周，木胶质则将它们包在内部，并连合附近同样结构体而形成一大结构。有如钢筋水泥—纤维为钢筋，而木胶质如水泥。此乃天然十分坚固的材料。树木之可以长高达百余尺，玉米秆之可以迎强风而不倒，就靠这天然结构。纤维是葡萄糖的聚合物，将纤维变回成为葡萄糖在化学上谓之”水解”，想要顺利水解可不易，需要打破上述天然如钢筋水泥的结构，这一步操作叫做“前处理”(或预处理)，前处理后，才可用“纤维水解酶”水解纤维，使其变费为宝，例如，利用纤维生产酒精燃料。因此，将植物秸杆中半纤维与纤维分离的方法，是充分利用植物秸杆的关键性步骤，也是植物秸杆发酵生产酒精的瓶颈之一。将植物秸杆或“木胶质植物秸杆”中半纤维与纤维分离的前处理方法不少，以打破植物秸杆的天然坚固结构为目的。较常听说的前处理方法有高温水汽爆破法、低温氨爆破法、常温二氧化碳爆破法、球磨、溶液法、稀酸处理法等等。植物秸杆如麦草等，都是空隙多、体积大而比重小，如用传统的方法来用稀硫酸液水解。仅仅将全部固态植物秸杆浸没在液体内，混合物中的液∶固重量比就在6与1之比以上。换言之，每一公斤麦草须六公斤的稀酸液。麦草含约百分之四十的半纤维。因此，就在稀酸水解全部完成后，液中所含的四五种混合的半纤维糖约为6.4公斤液中含0.4公斤的混合糖，或浓度为0.4/6.4＝0.0625或6.25％，很稀，如将其用于一般的丁二醇发酵，产品量大约是糖的50％左右。因此，这最终发酵液只含3％左右的产品。用基因改造过的酵母菌来利用混合糖中的木糖(约混合糖全重的70％)，最终发酵液仅含乙醇约2％。如此稀液使主产品的蒸馏回收，太昂贵、耗能过多。其二是木糖及其他混合糖中的五碳糖的稳定性问题。温度在120℃时半纤维的水解速度较快，但在此温度，五碳糖在酸中极不稳定，木糖等会分解而产糠醛和其聚合物。糠醛对生物有毒，就只少量，剩下的混合糖就不能做发酵的碳原。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有效的植物秸杆前处理方法，可将植物秸杆中半纤维水解和纤维水解完全分开，各加以充分利用，同时提高半纤维水解后的利用率，降低回收费用和能耗。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，包括(1)将植物秸杆浸泡于20-35℃下、重量百分比浓度为0.1％-10％的稀硫酸中10-50分钟，浸泡的固液重量比为3-10∶1，(2)用滚筒压榨所述含稀硫酸的植物秸杆，除去稀硫酸的酸液，(3)将所述压榨后的植物秸杆放置于密闭容器中，于温度80-100℃条件下密闭水解4-10小时，(3)将水解物料置于萃取柱中，向萃取柱中加入45-70℃的水，提取植物秸杆中半纤维水解所得的混合糖液。本专利技术通过将植物秸杆浸泡于稀硫酸后，除去可流动的稀硫酸液体，在一定温度下密闭水解，然后用萃取柱将秸杆中半纤维水解所得的混合糖液提取出来，成功的实现了将植物秸杆中半纤维水解和纤维水解分开，各加以充分利用，同时提高半纤维水解后的利用率，降低了回收费用和能耗。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，所述的植物秸杆为玉米秸秆、小麦秸杆、高粱秸杆、树枝、树叶或木屑其中任意一种。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(1)将植物秸杆浸泡于重量百分比浓度为0.5％-5％的稀硫酸中，时间20-40分钟。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(1)是将所述的植物秸杆浸泡于装有稀硫酸的地内水池中。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(2)所述滚筒是蔗糖工业中常用的滚筒压缩机。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(2)压榨已含稀酸的植物秸杆，除去稀硫酸的酸液，使得固体占重量的40％-50％、液体占重量的50％-60％。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(3)将所述压榨后的植物秸杆放置于一封闭的大容器中，温度90℃-100℃，5-8小时。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(4)向萃取柱中加入45-70℃的水，提取植物秸杆中半纤维水解所得的混合糖液，直到总提取液混合糖浓度降到14％-19％时停止。本专利技术的从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其中步骤(4)将完成半纤维水解的物料置于萃取柱中，向萃取柱中加入55℃-65℃的温水，用萃取柱提取植物秸杆中半纤维水解后的混合糖液，直到总提取液混合糖浓度降到15％-17％时停止。半纤维水解后的混合糖有四、五种，其中木糖约占混合糖全重的70％。混合糖的浓度用费林试剂比色法及本领域技术人员所共知的其他方法测定。本专利技术的植物秸杆中半纤维与纤维分离的方法，可称为“温烤滤取法”。“温烤”即是指含稀酸液的植物秸杆在80-100℃的温度中的保温过程，此过称中植物秸杆内含稀酸液，半纤维水解，稀酸中则含水解半纤维而得的混合糖，其浓度可估算为(0.45×0.4)/0.55＝32.7％。“滤取”是指加45-70℃的温水，用柱型的流动萃取法将所含单糖及多糖抽出。最先流出“萃取柱”的液体中的糖浓度当在32.7％左右，继续在柱顶向柱中加温水，就继续于柱底回收糖液，所含糖浓度也逐渐下降。等到“糖液收集器”中的糖浓度降到14％-19％时停止。本专利技术的有益效果在于1.可将植物秸杆中半纤维和纤维完全分开，各加以充分利用由于半纤维和纤维的水解途径完全不同，纤维是通过“纤维水解酶”水解为葡萄糖，葡萄糖发酵成酒精。半纤维则被稀酸水解为不含葡萄糖的四五种混合糖。如果不将半纤维和纤维完全分开，则各自都不能充分利用，且增加回收成本。由于半纤维占植物结杆总量的40％，如半纤维水解得到的混合糖不能得到良好利用，既会成为严重的环境污染物，又降低了植物秸杆的经济收益。而传统的原料水解法中，将原料所含纤维全都破坏，不能再用来生产葡萄糖。本专利技术的植物秸杆前处理方法避免了以上缺点，可将植物秸杆中半纤维和纤维完全分开，各加以充分利用，提高了半纤维和纤维的利用率。2.反应容器便宜，操作简单，节省能量。本专利技术中半纤维的水解过程是在较低的温度下进行的，反应速度虽然慢，但反应容器便宜，操作简单。只要将含有稀酸的植物秸杆加热到95-100℃，就可倒入容器中，因为植物秸杆多空隙，有天然的绝热保温性能，在容器中保温6-8小时，反应就完成了，无需持续加热，节省了能量。3.此前处理方法使得除去半纤维后的纤维易被水解成葡萄糖。本专利技术中稀硫酸将半纤维水解后，剩下的粉状固体中含有纤维和木胶质，由于失去了本占本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从植物秸杆中分离半纤维与纤维的方法，其特征在于包括：（１）将植物秸杆浸泡于２０－３５℃下、重量百分比浓度为０．１％－１０％的稀硫酸中１０－５０分钟，浸泡的固液重量比为３－１０∶１，（２）用滚筒压榨所述含稀硫酸的植物秸杆，除去稀硫酸的酸液，（３）将所述压榨后的植物秸杆放置于密闭容器中，于温度８０－１００℃条件下密闭水解４－１０小时，（４）将水解物料置于萃取柱中，向萃取柱中加入４５－７０℃的水，提取植物秸杆中半纤维水解所得的混合糖液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵守宇，崔勇慧，
申请(专利权)人：天津中敖盛华科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]