从来自植物生物质的木质纤维素获得纤维素、半纤维素和木质素的方法技术

当用于从木质纤维素中获得纤维素、半纤维素和木质素的方法包括以下步骤时，其能够环境无害地进行：步骤a)，其中由植物生物质提供木质纤维素，步骤b)，其中使木质纤维素与含有水和碱性组分的第一混合物M1接触并且产生包含第一固体F1和第一液相P1的第一悬浮液S1，其中第一固体F1含有粗纤维素，和第一液相P1含有半纤维素和木质素，和步骤c)，其中使含有粗纤维素的固体F1与含有甲酸和水和任选的乙酸的第二混合物M2接触并且产生包含第二固体F2和第二液相P2的第二悬浮液S2，其中第二固体F2含有纯纤维素，和所述第二液相P2含有半纤维素和木质素。

Method for obtaining cellulose, hemicellulose and lignin from lignocellulose from plant biomass

When the method for obtaining cellulose, hemicellulose and lignin from lignocellulose includes the following steps, it can be carried out environmentally and harmlessly: step a, in which lignocellulose is supplied by plant material, step b, in which lignocellulose contacts with the first mixture M1 containing water and alkaline components and produces the first suspension containing the first solid F1 and the first liquid phase P1. Liquid S1, where the first solid F1 contains crude cellulose, and the first liquid P1 contains hemicellulose and lignin, and step c, in which the solid F1 containing crude cellulose contacts the second mixture M2 containing formic acid and water and optional acetic acid and produces the second suspension S2 containing the second solid F2 and the second liquid P2, in which the second solid F2 contains pure cellulose, and the second liquid mentioned. Phase P2 contains hemicellulose and lignin.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从来自植物生物质的木质纤维素获得纤维素、半纤维素和木质素的方法
技术介绍
不断增加的世界人口和因此不可避免地相关的对食物的更高需求，以及发达国家中急剧增加的能源需求，迫使人类保护世界上现有的资源。因此，目标在于从可再生原料得到迄今为止通过石化工艺从原油，天然气或煤生产的产品。可再生原料的基础是光合作用。在太阳能的影响下，二氧化碳在此与水反应成葡萄糖和氧气。这是生产含有例如淀粉、蛋白质和脂肪的食物的前提，也是用于储存能量(例如以木材中的纤维素形式)的前提。近几十年来，大力推进用于获得生物乙醇作为运输领域的燃料替代品的粮食种植。然而同时人们普遍认为，在可再生原料中，可以主要用作食物的那些，如粮食和植物油，不应在能源领域中用作燃料。因此，近年来已经努力将主要使用生物废料如秸秆和有机废物用于能源领域。最重要的废料包括是所谓的一年生植物的木质纤维素，其在种植谷物时以相当大的量作为秸秆产生。尽管在各种秸秆类型如小麦，大米和玉米中的量的比例略有波动，但秸秆通常具有主要成分纤维素、半纤维素和木质素，大多数为约35至45重量％的纤维素，30至35重量％的半纤维素和15至20重量％的木质素。此外，秸秆含有少量脂质和无机物质，尤其是硅酸盐。迄今为止，使用来自秸秆的木质纤维素的利用的重点在于将纤维素并且尽可能地还有半纤维素转化为生物乙醇或将纤维素用作用于造纸的纸浆。根据功能例如粮食中的茎或秆要满足例如强度、湿度调节和植物保护方面，则秸秆中的木质纤维素可以被理解为在没有特殊分解方法的情况下不能用于醇类发酵成生物乙醇或用于制备纸浆的复合材料。为了从秸秆获得纸浆，如在从多年生植物如树的木质纤维素制备纸浆时使用相当的分解方法，其还包括碱分解(也称为碳酸钠分解或碳酸钠法)。然而在木材的情况下采用碳酸钠法仅达到不完全的分解。为了获得生物乙醇，通常在苛刻条件下进行秸秆的分解(制浆，也称为“预处理”)。因此在升高的压力下在160℃至230℃进行所谓的“蒸汽爆炸分解”。在碱性分解的情况下使用85℃至180℃的温度。经常使用无机酸作为催化剂。经典的碳酸钠法分解在160℃至170℃的温度和基于所使用的生物原材料计12重量％至20重量％的碱浓度进行几个小时。在R.Rinaldi(AufschlusspflanzlicherBiomassetrifftaufKatalyse,AngewandteChemie,2014,126,8699-8701)中给出了关于分解方法的概述。将木质纤维素认为是核-壳复合物，其中作为核的纤维素由木质素和半纤维素组成的更具反应性的壳保护。木质素和半纤维素的壳通过纤维素基质的酸催化的或碱催化的溶剂分解分离。纤维素和半纤维素作为聚合物或作为降解产物如单糖分离。木质素作为在崩解的基质中的降解的聚合物残余物留下。也可以将木质素理解为填充材料，其仅间接地对植物的强度起决定作用并且至少部分地没有化学键合到纤维素上。在N.Sarkar等人(Bioethanolproductionfromagriculturewastes:anoverview,RenewableEnergy,37,2012,19-27)中提出了在酶水解或发酵上游的用于生物质预处理的物理，物理化学、化学和生物方法。WO2006/111604描述了木质纤维素的碱分解，其中将在碱分解时沉积的粗纤维素在湿的状态进行研磨。通过将表面活性物质添加至碱性溶液改进了半纤维素的分离。在碱分解之后可得到的粗纤维素含有大量的半纤维素和木质素以及更大的量的未分解的生物质(碎片)。在G.-H.Delmas等人(Functionalityofwheatstrawligninextractedinorganicacidmedia,JournalofAppliedPolymerScience,121,2011,491-501)中，从小麦秸秆中用含有机酸的提取剂提取木质素和半纤维素。在这种情况下，半纤维素降解成戊糖。US7402224的主题是用于制备纸浆、木质素、糖和乙酸的方法。使半纤维素和木质素水解。H.Q.Lam等人(Anewprocedureforthedestructuringofvegetablematteratatmosphericpressurebyacatalyst/solventSystemofformicacid/aceticacid.Appliedtothepulpingoftriticalestraw,IndustrialCropsandProducts14,2001,139-144)公开了采用所谓的有机溶剂法(Organosolv-Verfahren)在环境压力下在含水介质中从小黑麦秸秆分离纤维素、半纤维素和木质素。在B.Benjelloun(Tomorrow’sbiorefineriesinEurope,TheCIMVOrganosolvProcess,VortraginBrüssel11-12，2014年2月)中介绍了有机溶剂法的变型，其提供木质素、纤维素纸浆和C5-糖。在进行有机溶剂法时，使半纤维素分解成低分子量的低聚物或者单体。木质素不再以球状形式存在而是以线型存在(Guo-HuaDelmas,BouchraBenjelloun-Mlayah,YvesLeBigot,MichelDelmas,Functionalityofwheatstrawligninextractedinorganicacidmedia,JournalofAppliedPolymerScience,121,2011,491-501)。此外，用有机溶剂法制备的纤维素含有相当大量的硅酸盐，这是食品领域所不能容忍的。在K.Salehi等人(ComparisonofMEA/AQ,sodaandsoda/AQpulpingofwheatandryestraw,IndustrialCropsandProducts,52,2014,603-610)中总结了已知的从生物废料如秸秆中分解木质纤维素的方法。证明了含水单乙醇胺溶液作为提取剂的效果。WO2015/075080描述了从含木质纤维素的生物质中分离木质素，其中使用水和至少一种有机溶剂的混合物。W.O.S.Doherty等人(Value-addingtocellulosicethanol:ligninpolymers,IndustrialCropsandProducts,33,2011,259-276)描述了从木质纤维素提取木质素的方法，如亚硫酸盐法、硫酸盐法和碳酸钠法，并且给出了关于使用所提取的木质素的可能性的概述。US6503369的主题是用于制备纤维素和肥料的方法，其中将纸浆漂白并且在此使工艺水和所使用的化学品循环。在J.Beringer(ZellstoffausWeizenstroh:GewinnungdurchAufschlussverfahrenmitAmeisen-undsowieUntersuchungenzurZellstoffstrukturundEignungalsPapier-undChemiezellstoff,Dissertation2004,Stuttgart)中研究了基于甲酸和乙酸的混合物的分解方法以及基于单乙醇胺的分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于从木质纤维素中获得纤维素、半纤维素和木质素的方法，包括：步骤a)，其中由植物生物质提供木质纤维素，步骤b)，其中使木质纤维素与含有水和碱性组分，尤其是氢氧化钠的第一混合物M1接触并且产生第一悬浮液S1，所述第一悬浮液S1包含第一固体F1和第一液相P1，其中所述第一固体F1含有粗纤维素，和所述第一液相P1含有半纤维素和木质素，和步骤c)，其中使含有粗纤维素的固体F1与含有甲酸和水和任选的乙酸的第二混合物M2接触并且产生第二悬浮液S2，所述第二悬浮液S2包含第二固体F2和第二液相P2，其中所述第二固体F2含有纯纤维素，和所述第二液相P2含有半纤维素和木质素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.11 DE 102016219719.31.用于从木质纤维素中获得纤维素、半纤维素和木质素的方法，包括：步骤a)，其中由植物生物质提供木质纤维素，步骤b)，其中使木质纤维素与含有水和碱性组分，尤其是氢氧化钠的第一混合物M1接触并且产生第一悬浮液S1，所述第一悬浮液S1包含第一固体F1和第一液相P1，其中所述第一固体F1含有粗纤维素，和所述第一液相P1含有半纤维素和木质素，和步骤c)，其中使含有粗纤维素的固体F1与含有甲酸和水和任选的乙酸的第二混合物M2接触并且产生第二悬浮液S2，所述第二悬浮液S2包含第二固体F2和第二液相P2，其中所述第二固体F2含有纯纤维素，和所述第二液相P2含有半纤维素和木质素。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)和/或所述步骤c)在0.8bar至1.5bar，尤其是0.9bar至1.2bar的压力下进行。3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述第一混合物M1含有1重量％至30重量％的氢氧化钠和70重量％至99重量％的水，尤其是2重量％至5重量％的氢氧化钠和95重量％至98重量％的水，基于第一混合物M1计。4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在所述步骤b)中，所使用的木质纤维素比所使用的第一混合物M1的第一量比例MV1(以g计的干质量/以mL计的体积)为1:3至1:15，尤其是1:7至1:10。5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在步骤b)之后在步骤b1)中，将所述第一固体F1与所述第一液相P1分离，向所述第一液相P1添加第一沉淀剂FM1，尤其是乙醇，由此使至少一部分半纤维素沉淀，并且因此在混合料G1中产生含有半纤维素的第一沉淀物。6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在步骤c)中，所述第二混合物M2含有0重量％至40重量％，尤其是0.1重量％至40重量％的乙酸，40重量％至100重量％，尤其是40重量％至80重量％的甲酸和0重量％至40重量％，尤其是10重量％至40重量％的水，基于第二混合物M2计。7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在步骤c)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·弗里克，F·艾芬伯格尔，
申请(专利权)人：科莱恩国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH