一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，包括如下步骤：S1：将粉碎后的农林废弃物与水按质量体积比1:5～1:20加入水热反应釜中；S2：向所述水热反应釜内充入CO2，密封所述水热反应釜，使其在搅拌下升温至150℃～250℃，并保持10～50分钟；S3：冷却所述水热反应釜，收集反应产物，进行真空抽滤分离并干燥，得到水热预处理后的固体产物；S4：将所述固体产物置于热解反应器中，使其在CO2氛围中热解；S5：分级冷凝后得到左旋葡聚糖浓度较高的液体产物。本发明专利技术结合CO2氛围下的水热预处理和热解，促使农林废弃物向左旋葡聚糖的最大转化，并且克服生物质直接热解获得的生物油中左旋葡聚糖产率低的缺陷。

A method for preparing levodextran from agricultural and forestry wastes

The invention discloses a method for preparing levodextran from agricultural and forestry wastes, which comprises the following steps: S1: adding the crushed agricultural and forestry wastes and water into the hydrothermal reactor according to the mass-volume ratio of 1:5 to 1:20; S2: filling the hydrothermal reactor with CO2, sealing the hydrothermal reactor, heating it to 150 to 250 degrees C under stirring, and keeping it cold for 10 to 50 minutes; However, the hydrothermal reactor collects the reaction products, carries out vacuum filtration separation and drying, and obtains the solid products after hydrothermal pretreatment; S4: puts the solid products in the pyrolysis reactor to pyrolyze them in CO2 atmosphere; S5: gets the liquid products with high concentration of levodextran after fractional condensation. The invention combines the hydrothermal pretreatment and pyrolysis under CO2 atmosphere to promote the maximum conversion of agricultural and forestry wastes to levodextran, and overcomes the defect of low yield of levodextran in bio-oil obtained by direct pyrolysis of biomass.

【技术实现步骤摘要】
一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法
本专利技术属于生物质能的利用
，更具体地，涉及一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法。
技术介绍
生物质热解一般是指生物质在无氧或缺氧条件下受到高温加热，其高分子结构解聚而产生可燃气体、液体和固体的热化学转化过程。生物质热解工艺通常要求尽可能提高热解产物中生物油的比例。不同生物质在不同的热解条件下得到的生物油性质和组分差别很大，其中的一些成分具有较高的商业价值，通过优化热解工艺有可能实现这些产物的富集。左旋葡聚糖作为一种极具潜力的新糖源，既可以加酸水解为葡萄糖后间接用于微生物发酵，也可以被真菌或细菌甚至构造基因工程菌直接代谢，目前已经在发酵上展现出良好的应用前景。此外，还可作为碳源，生产生物乙醇、丁二酸等。目前通过生物质直接热解制得的生物油中左旋葡聚糖的相对含量较低，产率较低。一些研究中的左旋葡聚糖产率仅为0.4％，无法进行后期提取利用。现有的许多研究利用催化剂对纤维素进行催化热解以提升左旋葡聚糖的产率，但面临着催化剂难以回收，环境污染等问题。因此，开发一种能够有效富集左旋葡聚糖的制备工艺极为重要。糠醛与左旋葡聚糖的生成是竞争反应，N2气氛下左旋葡聚糖更易向糠醛转化，造成左旋葡聚糖产量偏低。申请号为2010100182410的国内专利公开了一种纤维素生物质定向热降解的方法，将纤维素生物质粉碎后，加入一定浓度的定向热解催化剂预处理，搅拌、过滤并用去离子水洗涤，在80℃～120℃下干燥，在250℃～600℃范围内进行快速降解，得到液体产物，主要含有糠醛、左旋葡烯糖以及左旋葡聚糖。申请号为2010105983152的中国专利公开了一种纤维素催化热解制备左旋葡聚糖的方法，本方法以铜粉为催化剂，将其和纤维素粉进行机械混合，在无氧条件下于280℃～450℃进行快速热解，对热解气进行冷凝后即可得到富含左旋葡聚糖的液体产物。但是以上两种制备方法均采用催化剂，并且后者采用氮气气氛下制备。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，先将农林废弃物进行CO2氛围下的水热预处理，再于CO2氛围下热解，对挥发分进行分级冷凝，得到左旋葡聚糖浓度较高的液体产物。采用CO2氛围代替传统的催化剂，工艺简单，成本低廉，避免了催化剂的选择、失活、回收困难、对反应容器腐蚀等问题，并且克服生物质直接热解获得的生物油中左旋葡聚糖产率低、提取成本高等缺陷，实现对农林废弃物的高值化利用。为实现上述目的，提供一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，包括如下步骤：S1：将粉碎后的农林废弃物与水按质量体积比1:5～1:20加入水热反应釜中；S2：向所述水热反应釜内充入0MPa～2MPaCO2，密封所述水热反应釜，使其在搅拌下升温至150℃～250℃，并保持10～50分钟；S3：冷却所述水热反应釜，收集反应产物，进行真空抽滤分离并干燥，得到水热预处理后的固体产物；S4：将水热预处理后的所述固体产物置于热解反应器中，使其在CO2氛围中热解，热解温度为350℃～420℃；S5：对热解后的挥发分进行分级冷凝，得到左旋葡聚糖浓度较高的液体产物。进一步地，步骤S4中，所述热解反应器为流化床或固定床，其中固定床热解反应时间为20～50分钟。进一步地，步骤S5中，所述分级冷凝包括一级冷凝和二级冷凝，其中，所述一级冷凝温度为120℃～160℃，所述二级冷凝温度为20℃～40℃。进一步地，步骤S1中，所述农林废弃物包括稻壳、秸秆、玉米芯以及木屑等。进一步地，步骤S1中，所述农林废弃物粉碎并筛分后，选取的生物质颗粒粒径范围为60目～120目。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，首先采用水热方法对生物质原料进行预处理，采用CO2氛围，由于CO2溶于水，形成酸性环境，有利于脱除原料中所含的无机矿物质，特别是碱和碱土金属。同时，在本专利技术的水热温度下，生物质中的半纤维素更易发生水解，而纤维素和木质素得以保留，这也使得经过水热预处理的生物质原料中的纤维素相对含量增加，而左旋葡聚糖主要源自纤维素的热解。因此，本专利技术方法适用于各种木质纤维素类生物质，只需选择合适的水热预处理条件，促使农林废弃物向左旋葡聚糖的最大转化，并且克服生物质直接热解获得的生物油中左旋葡聚糖产率低的缺陷。(2)本专利技术的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，在水热预处理的基础上，进一步采用CO2氛围下的热解。与常规N2氛围相比，在CO2氛围下，纤维素热解的二次反应受到抑制，而纤维素的一次热解主要生成左旋葡聚糖，二次热解即左旋葡聚糖继续分解成糠醛、呋喃类等产物，这意味着本方法中左旋葡聚糖的产率会提高。同时由于生物质中的碱和碱土金属对二次反应有催化作用，水热预处理的脱灰效果也有利于提高左旋葡聚糖的产率，实现对农林废弃物的高值化利用。(3)本专利技术的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，采用分级冷凝实现左旋葡聚糖在液体产物中的富集，利用热解产物中不同成分所具有的不同沸点，通过设置合理的冷凝温度区间，将它们分别进行富集。其中一级冷凝温度降至120℃～160℃，所得液体产物中主要是左旋葡聚糖和酚类，二级冷凝温度降至20℃～40℃，主要成分是酸、酮、醇等。(4)本专利技术的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，采用CO2氛围代替传统的催化剂，工艺简单，成本低廉，避免了催化剂的选择、失活、回收困难、对反应容器腐蚀等问题。(5)本专利技术的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，其水热预处理和热解过程中均在CO2气氛下进行，合理地利用CO2，有利于减少温室气体的排放，且反应温度低，总体上达到节能减排的目的。附图说明图1为本专利技术实施例的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法工艺流程图；图2为本专利技术实施例的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法涉及的原料直接热解时左旋葡聚糖产量分析图谱；图3为本专利技术实施例的利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法涉及的原料水热预处理后左旋葡聚糖产量分析图谱；图4为本专利技术实施例1的左旋葡聚糖产量分析图谱；图5为本专利技术实施例2的左旋葡聚糖产量分析图谱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本专利技术实施例一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法工艺流程图。如图1所示，本专利技术实施例的一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，具体包括如下步骤：S1：将粉碎后的农林废弃物与水按质量体积比1:5～1:20加入水热反应釜中；S2：向水热反应釜内充入0MPa～2MPaCO2，密封水热反应釜，使其在搅拌下升温至150℃～250℃，并保持10～50分钟；S3：冷却水热反应釜，收集反应产物，进行真空抽滤分离并干燥，得到水热预处理后的固体产物；S4：将水热预处理后的固体产物置于流化床或固定床热解反应器中，使其在CO2氛围中热解，热解温度为350℃～420℃，其中固定床热解反应时间为20～50分钟；S5：对热解后的挥发分进行分级冷凝，一级冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将粉碎后的农林废弃物与水按质量体积比1:5～1:20加入水热反应釜中；S2：向所述水热反应釜内充入0MPa～2MPaCO2，密封所述水热反应釜，使其在搅拌下升温至150℃～250℃，并保持10～50分钟；S3：冷却所述水热反应釜，收集反应产物，进行真空抽滤分离并干燥，得到水热预处理后的固体产物；S4：将水热预处理后的所述固体产物置于热解反应器中，使其在CO2氛围中热解，热解温度为350℃～420℃；S5：对热解后的挥发分进行分级冷凝，得到左旋葡聚糖浓度较高的液体产物。

【技术特征摘要】
1.一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将粉碎后的农林废弃物与水按质量体积比1:5～1:20加入水热反应釜中；S2：向所述水热反应釜内充入0MPa～2MPaCO2，密封所述水热反应釜，使其在搅拌下升温至150℃～250℃，并保持10～50分钟；S3：冷却所述水热反应釜，收集反应产物，进行真空抽滤分离并干燥，得到水热预处理后的固体产物；S4：将水热预处理后的所述固体产物置于热解反应器中，使其在CO2氛围中热解，热解温度为350℃～420℃；S5：对热解后的挥发分进行分级冷凝，得到左旋葡聚糖浓度较高的液体产物。2.根据权利要求1所述的一种利用农林废弃物制备左旋葡聚糖的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤华，郑迪维娜，陈应泉，杨海平，杨晴，李佳硕，曾阔，胡俊豪，陈汉平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42