一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法技术

本发明专利技术属于植物提取领域，涉及芦苇高附加值利用技术，具体为一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法。该方法包括以下步骤：1)原料芦苇经压裂、切段；2)除杂；3)蒸汽爆破处理，处理后的物料进行水洗；4)水洗液进入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；5)加酵母发酵后微滤除去葡萄糖，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；6)反渗透膜浓缩；7)制糠醛。剩余物质制备纤维板。该方法将原料芦苇中的聚戊糖通过汽爆不添加酸而降解为木糖，并采用进行水提进行了回收，免去了酸的污染，经济效益明显；得到的木糖水溶液通过溶剂法生产糠醛，得率高、节省蒸汽、污染小。

A method of preparing furfural co production fiberboard by extracting xylose from reed by steam explosion

The invention belongs to the field of plant extraction and relates to a reed high added value utilization technology, in particular to a method for preparing furfural co production fiberboard by extracting xylose from reed by steam explosion. The method includes the following steps: 1) raw reed is fractured and cut into sections; 2) impurities are removed; 3) steam explosion treatment is carried out, and the treated materials are washed with water; 4) the water washing liquid enters the fractionating tower, and the top of the tower collects the water solution containing formic acid, acetic acid and furfural, and then electrodialysis is used to separate the formic acid, acetic acid and furfural water solution; the bottom of the tower obtains the reducing sugar mixture; 5) micro filtration is used to remove glucose after yeast fermentation, The mixture of xylose and arabinose was obtained; 6) reverse osmosis membrane concentration; 7) furfural production. The remaining material is used to prepare fiberboard. In this method, the polypentose in Reed was degraded into xylose by steam explosion without adding acid, and was recovered by water extraction, so the pollution of acid was avoided, and the economic benefit was obvious; the xylose aqueous solution obtained was used to produce furfural by solvent method, with high yield, steam saving and little pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法
本专利技术属于植物提取领域，涉及芦苇高附加值利用技术，具体为一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法。
技术介绍
随着木材的供应日趋紧张，寻找木材替代原料受到了越来越广泛的重视。研究证明，芦苇可以代替木材用于人造板的生产。我国有较充足的芦苇资源，且分布地域十分广阔，芦苇主产区多达十四个。之前芦苇被用作造纸原料，除此之外无其他工业用途，砍伐下来的芦苇被废弃或焚烧，给产区环境带来一定压力。开发芦苇人造板意义重大，可以缓解木材供需矛盾、保护森林资源和生态环境，同时又带动芦苇产区的经济发展。芦苇属多年生植物，砍伐后来年生长更好，因此产量高，可以满足工厂大批量的需求。秆状芦苇经分离后纤维得率高、形态好，可根据不同的使用要求，采用平板热压法或压辊热压法生产出各种厚度和密度的芦苇纤维板，其产品性能稳定，强度高变异性小、尺寸稳定性好。用脲醛树脂等胶粘剂生产的芦苇纤维板的性能能与木材生产的中密度纤维板媲美。其产品主要用于包装、地板、家具、建筑、装修等领域，因此使用芦苇生产不同密度的纤维板具有广阔的应用前景。芦苇中灰分较高，而灰分中的主要成分是二氧化硅，并与脂肪类物质形成了表皮坚硬的腊质层，它是非极性物质，润湿性差，表面自由能低，使水溶性胶黏剂难以渗透，使板的胶合强度低，制约了芦苇纤维板的开发。为了解决这个问题，需要对芦苇进行表面处理，破坏细胞壁结构，提高其粘合力。处理主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要有机械热磨方法和蒸汽爆破法，专利CN101172351提出了一种竹材热磨无胶制备人造板的方法，但是由于热磨温度较高和热压时间较长，能耗较大的同时生产率较低，导致应用的范围有限。化学法主要通过添加一些化学试剂活化秸秆原料中的天然高分子，产生活性基团，主要有氧化结合法、自由基引发法和、酸催化缩合法和碱溶液活化法四种。生物法主要是利用微生物或酶催化秸秆原料组分降解产生活性基团。目前秸秆无胶粘合技术应用的不是上述的单独一种方法，而是多种方法的组合，如专利CN101214678就是利用热磨和施加氧化剂组合活化方法制备竹纤维人造板，而专利CN1412092提出了利用蒸汽爆破处理秸秆后接种黄孢原毛平革菌固态发酵活化秸秆材料热压制备秸秆变性材料的方法。此方法虽然无外加胶黏剂，但是由于微生物生长周期较长导致压板的生产效率较低，同时漆酶酶活分布的不均匀也容易导致产品不稳定。同时这些方法未能将芦苇原料更有价值的利用。
技术实现思路
本专利技术正是基于以上技术问题，提供一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛。该方法将原料芦苇中的聚戊糖通过汽爆不添加酸而降解为木糖，并采用进行水提进行了回收，免去了酸的污染，经济效益明显；得到的木糖水溶液通过溶剂法生产糠醛，得率高、节省蒸汽、污染小。本专利技术的另外一个专利技术目的是提供一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛后联产纤维板的方法，由于芦苇纤维经汽爆处理后其表面呈多孔状，易于和树脂结合，提高了纤维板的强度。为了实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案为：芦苇的化学组成与其它植物纤维对比：单位：％一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛的方法，包括以下步骤：1)原料芦苇经压裂、切段，长度20－40mm；2)通过风力输送，同时分离掉苇叶、苇花及笛膜等杂质，即为汽爆原料；3)在上述汽爆原料中加入浓度为0.2－0.8％(wt/wt)的稀硫酸，用混合机进行混合均匀；维持30分钟，然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中进行蒸汽爆破，蒸汽爆破的条件为：蒸汽压力1.2－2.0Mpa，温度160－200℃，维持时间60－150秒，瞬间爆破；汽爆后物料用10倍质量的热水进行水洗；压榨脱水，得到固体纤维素、木质素及少量半纤维素混合物。向除杂后的芦苇(汽爆原料)中加入稀硫酸，其固(g)液(ml)比为1：0.3－1，用混合机进行混合均匀；混合机可以是螺带式的也可是滚筒式的。汽爆后物料在连续洗浆机中用10倍质量的70℃热水水洗，压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素混合物及含木糖的水洗液。4)将步骤3)中的水洗液进入分馏塔，塔顶收集甲酸、乙酸、糠醛水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；5)将步骤4)中得到的还原糖混合物加入酵母使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去；发酵液经微滤膜除去菌体，得到木糖和阿拉伯糖混合液。作为优选，发酵液用0.1μm微滤膜滤掉酵母；再用1000Da的超滤膜除掉蛋白等大分子杂质；得到木糖和阿拉伯糖混合液。作为优选，还原糖混合物先加水配至浓度为12％－24Wt％，再加入0.5％尿素和磷酸并调节pH至4.4－5.2，加入酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为1wt％左右，维持发酵温度在30－60℃，发酵48－72h。6)超滤膜透过液为木糖和阿拉伯糖混合液，继续用反渗透膜浓缩至30Wt％；反渗透膜操作压力为4－6MPa。7)取30Wt％的木糖和阿拉伯糖混合液与溶剂和催化剂按重量比1︰1－3：0.02的比例连续进入液－液混合机进行混合乳化后，用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至160－200℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为8－15分钟进入反应萃取塔，维持塔温160－200℃继续反应，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，使其中生成的糠醛转溶在溶剂中，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动继续反应，被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动，由塔顶出口排出，经热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。作为优选，所述的催化剂为无机酸催化剂；其中无机酸催化剂为硫酸或盐酸，用量为1－3wt％。所用的溶剂为邻硝基甲苯；物料(木糖和阿拉伯糖混合液)与溶剂重量比为1：1－3。作为优选，冷却后的物料通过碟片离心分离机分出溶剂相和水相，水相按本公司专利，申请号为2019101381268，专利技术名称为“一种从糠醛废水中分离硫酸、醋酸和糠醛的方法”中记载的方法进行处理。在预热器前设有混合器，30Wt％的木糖液、溶剂、催化剂和循环回来的料液在混合器中充分混合，该混合器为一常规的电动混合器。前述所采用的木糖液(30Wt％的木糖和阿拉伯糖混合液)制备糠醛的反应萃取装置，该装置包括反应萃取塔、离心萃取器、溶剂相离心分离机、分馏塔和糠醛精馏塔；其中，木糖液计量泵与木糖储槽连接；醋酸计量泵与醋酸储槽连接；带有木糖液计量泵的木糖液输送管道和带有醋酸计量泵的醋酸输送管道连接后与混合泵连接，混合泵与反应萃取塔的下部连接；反应萃取塔的底部与溶剂相离心分离机连接后再与分馏塔的中部连接，分馏塔的塔顶和糠醛精馏塔的中部连接；分馏塔的底部依次通过溶剂槽和溶剂计量泵后分为两支管线，一支管与离心萃取器和溶剂进料泵连接后再与反应萃取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20－40mm；/n2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；/n3)向步骤2)中得到的芦苇汽爆原料中加入浓度为0.2－0.8％的稀硫酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中瞬间爆破；汽爆后物料水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物；/n4)将步骤3)中得到的水洗液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；/n5)向步骤4)中得到的还原糖混合物中加入酵母使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去；发酵液经微滤膜除去菌体，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；/n6)微滤膜透过的为含木糖和阿拉伯糖的混合液，再用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4－6MPa；/n7)取30Wt％的木糖和阿拉伯糖的混合液、与溶剂和催化剂按重量比1︰1－3：0.02的比例连续进入液－液混合机进行混合乳化后，用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至160－200℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为8－15分钟进入反应萃取塔，维持塔温160－200℃继续反应，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，使其中生成的糠醛转溶在溶剂中，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动继续反应，被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动沉降后，由塔顶出口排出，经热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20－40mm；
2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；
3)向步骤2)中得到的芦苇汽爆原料中加入浓度为0.2－0.8％的稀硫酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中瞬间爆破；汽爆后物料水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物；
4)将步骤3)中得到的水洗液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；
5)向步骤4)中得到的还原糖混合物中加入酵母使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去；发酵液经微滤膜除去菌体，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；
6)微滤膜透过的为含木糖和阿拉伯糖的混合液，再用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4－6MPa；
7)取30Wt％的木糖和阿拉伯糖的混合液、与溶剂和催化剂按重量比1︰1－3：0.02的比例连续进入液－液混合机进行混合乳化后，用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至160－200℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为8－15分钟进入反应萃取塔，维持塔温160－200℃继续反应，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，使其中生成的糠醛转溶在溶剂中，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动继续反应，被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动沉降后，由塔顶出口排出，经热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。


2.一种利用权利要求1中一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.1)将步骤3)中得到的含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物用高浓磨磨成蓬松纤维状，烘干至含水量6－8wt％；
2.2)将步骤2.1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷林，郭志刚，唐印，刘朝慧，李旭初，武长安，李刚，王明权，
申请(专利权)人：四川金象赛瑞化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51