一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法，属于分离提取技术领域。该方法包括以下步骤：(1)木糖水解液预处理；(2)间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸和乙酸。本发明专利技术不仅能高效地从木糖水解液中连续分离出无机酸，避免了催化用酸无法回收、中和除酸产生“三废”等问题，还解决了木糖水解液中主要副产物乙酸对后续发酵的抑制问题，且能同时将无机酸和乙酸分离出，实现综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法
本专利技术属于分离提取
，涉及一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法。
技术介绍
糖类指多羟基的醛类或酮类碳水化合物，是自然界中最丰富的生物分子，分布广泛。作为糖中一类有特殊功效的功能糖，具有低热量、提供营养、促进改善人体生理机能等特殊功效，最初应用于营养保健和食品工业，后逐步发展到化工、制药等非食品领域，为此商业市场中关注功能糖的应用与日俱增。木糖是功能糖类中主要的产品之一。工业上主要通过玉米芯、秸秆和甘蔗渣等农副产品经稀无机酸催化水解获得初级糖液，再经精制、浓缩和结晶制取木糖。在这方面，首先需要去除催化水解用酸、以及在水解过程中产生得有机酸副产物的减量化，为下游工段供给纯净的木糖溶液。催化水解用酸包括硫酸、盐酸等，副产物有机酸包括甲酸、乙酸、乙酰丙酸等，乙酸在水解液中含量相对较高。现有技术中，木糖水解液去除无机酸及有机酸的方法有离子排阻色谱法(中国专利公开号CN108220486A等)、碱中和法(中国专利公开号CN110564899A等)、离子交换法(中国专利公开号CN110564897A、CN109908977A、CN110368817A等)、蒸馏法(新能源进展,2019,7(6):505-512)及类似的方法。然而，在分离方法中，已报道的离子排阻色谱方法存在一些不足，如间歇单柱或双柱交替操作，效率低、洗脱剂消耗量高；常规四区(如图1所示)或顺序式(如图2所示)的模拟移动床，仅可进行两组分分离，无法实现三组分以上的分离；五区(如图3所示)及以上模拟移动床控制点位多，系统过于复杂且投资较大。碱中和法产生大量的“三废”，糖类损失率高，且需要额外处理去除残留阴阳离子。此外，离子交换法产生大量酸碱废水，树脂运行负荷高、使用寿命短。蒸馏联合酯化反应可用于有机酸类去除，但对稀无机酸分离的作用有限。鉴于此，为有效地将木糖水解液中无机酸、以及水解过程产生的有机酸分离并加以回收，简化下游分离工艺和运行负荷，并且控制其回收成本，是功能糖产业资源化利用生物质的首先要关注的问题。中国专利CN105669419A公开了一种顺序式模拟移动分离玉米秸秆酸水解中糖酸的方法，用八根柱三子步骤模式分离秸秆酸解液中的硫酸与糖液，该方法仅能将硫酸与糖液分开，并不能将中等保留组分糖类与强保留组分有机酸分开。中国专利CN108220486A公开了利用酸阻滞树脂分离糖与酸的方法，在氯型的A-32Finemesh树脂且高径比为15:1～25:1的单柱上分离糖类与无机酸。中国专利CN1066325525A公开了一种硫酸与葡萄糖木糖分离的方法，以单柱模式分离硫酸与葡萄糖木糖，未涉及到副产物分离。中国专利CN102600640A公开了一种木质纤维素水解的糖、酸和盐分离方法，文中提及利用转盘式模拟移动床分离快组分(酸和盐)与慢组分(糖和乙酸)，慢组分在减压条件下蒸发浓缩，用阴离子交换树脂去除溶液中的乙酸，所述方法未将乙酸与糖同步分离。李浔等用单柱模式[太阳能学报,2005,26(4):529-532]和模拟移动模式[太阳能学报,2005,29(6):747-751]用四区模拟移动床离子排除色谱分离木水解液中的糖与硫酸，作用于物质分离的时间较短，效率低、成本高等。间歇模拟移动床是一种新色谱分离方法，如图4所示，以类似于常规四区模拟移动床架构布置端口。四区间歇模拟移动床在第一时间间隔内I区带到III区带与第二时间间隔内IV区带进行分离，此时会不可避免地稀释提余液。探索新型四区间歇模拟移动床的色谱分离方法，可以克服常规四区、顺序式、五区及以上模拟移动床等色谱分离方法存在的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法，能够同时将木糖水解液中无机酸和乙酸连续分离去除。本专利技术的技术方案如下：一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法，包括以下步骤：(1)木糖水解液预处理：木糖水解液经过滤除去胶体和固形物，活性炭或树脂脱除木糖水解液中的色泽物，蒸发浓缩得到原料；(2)间歇模拟移动床色谱分离：步骤(1)得到的原料经过间歇模拟移动床色谱进行分离，去除无机酸与乙酸；所述间歇模拟移动床色谱以H型强酸性阳树脂为固定相树脂，以去离子水为洗脱剂，工作温度40～65℃；所述间歇模拟移动床色谱由依次串联的1号色谱柱、2号色谱柱、3号色谱柱、4号色谱柱、5号色谱柱、6号色谱柱组成，包括I区带、II区带、III区带和IV区带，所述I区带、II区带、III区带分别含2根依次串换的色谱柱，所述IV区带含6根依次串换的色谱柱；所述I区带位于洗脱剂入口与原料入口之间；所述II区带位于原料入口与无机酸组分出口之间；所述III区带为无机酸组分出口与乙酸组分出口之间，所述IV区带位于洗脱剂入口与糖类组分出口之间。进一步地，农林废弃物的玉米芯、甘蔗渣、秸秆、桉木或桦木经粉碎水洗和热水浸提处理后，用0.5％～2.0％无机酸水解，得到木糖水解液；过滤除去胶体和固形物后，活性炭或树脂去除色泽物，55～65℃蒸发浓缩，得到原料；所述原料中，糖类浓度为50～70mg/mL、无机酸浓度为10～20mg/mL、乙酸浓度为5～10mg/L。进一步地，所述固定相树脂是Dowex99或50WH型、JK006H型、XAD4H型、D001H型或LS001H型中的任何一种，树脂粒径120～320μm；色谱固定相高径比为：15:1～30:1。进一步地，所述色谱柱用同心夹套通过循环水保温，温度为40～65℃；每个色谱柱的前后设有一个分布式电磁阀组，所述洗脱剂入口、原料入口、糖类出口、无机酸出口、乙酸出口分别设有洗脱剂阀、原料阀、糖类组分阀、无机酸组分阀、乙酸组分阀，由PLC程序控制所述电磁阀组的开启或关闭，实现进入原料或洗脱水、流出糖类或酸组分以及色谱固定相柱模拟移动；相邻色谱柱之间以管线连接，管线中设有单向阀。进一步地，步骤(2)具体包括如下步骤：(a)开启1号色谱柱前洗脱剂阀注入洗脱剂，开启3号色谱柱前原料阀注入原料，料水比例控制在1:1.5～1:2.5；4号色谱柱末无机酸组分出口流出弱保留组分无机酸；6号色谱柱末乙酸组分出口流出上个周期的强保留组分乙酸；中等保留组分的糖类保留于3号色谱柱与4号色谱柱之间的色谱区域；(b)步骤(a)结束后，关闭3号色谱柱前原料阀、4号色谱柱末无机酸组分阀，1号色谱柱至6号色谱柱组成一个独立的色谱分离区，洗脱剂流动方向为1号色谱柱至6号色谱柱，中等保留组分及强保留组分在洗脱剂推动下，中等保留组分糖类在6号色谱柱末糖类组分阀流出色谱系统；(c)步骤(b)完毕后，洗脱剂入口由1号色谱柱前端切换至2号色谱柱前端；原料入口由3号色谱柱前端切换至4号色谱柱前端；无机酸组分出口由4号色谱柱末端切换至5号色谱柱末端；乙酸组分出口或糖类组分出口由6号色谱柱末端切换至1号色谱柱末端。(d)步骤(c)切换完毕后，重复步骤(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)木糖水解液预处理：木糖水解液经过滤除去胶体和固形物，活性炭或树脂脱除木糖水解液中的色泽物，蒸发浓缩得到原料；/n(2)间歇模拟移动床色谱分离：步骤(1)得到的原料经过间歇模拟移动床色谱进行分离，去除无机酸与乙酸；所述间歇模拟移动床色谱以H型强酸性阳离子树脂为固定相树脂，以去离子水为洗脱剂，工作温度40～65℃；所述间歇模拟移动床色谱由依次串联的1号色谱柱、2号色谱柱、3号色谱柱、4号色谱柱、5号色谱柱、6号色谱柱组成，包括I区带、II区带、III区带和IV区带，所述I区带、II区带、III区带分别含2根依次串换的色谱柱，所述IV区带含6根依次串换的色谱柱；所述I区带位于洗脱剂入口与原料入口之间；所述II区带位于原料入口与无机酸组分出口之间；所述III区带为无机酸组分出口与乙酸组分出口之间，所述IV区带位于洗脱剂入口与糖类组分出口之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用间歇模拟移动床色谱去除木糖水解液中无机酸及乙酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)木糖水解液预处理：木糖水解液经过滤除去胶体和固形物，活性炭或树脂脱除木糖水解液中的色泽物，蒸发浓缩得到原料；
(2)间歇模拟移动床色谱分离：步骤(1)得到的原料经过间歇模拟移动床色谱进行分离，去除无机酸与乙酸；所述间歇模拟移动床色谱以H型强酸性阳离子树脂为固定相树脂，以去离子水为洗脱剂，工作温度40～65℃；所述间歇模拟移动床色谱由依次串联的1号色谱柱、2号色谱柱、3号色谱柱、4号色谱柱、5号色谱柱、6号色谱柱组成，包括I区带、II区带、III区带和IV区带，所述I区带、II区带、III区带分别含2根依次串换的色谱柱，所述IV区带含6根依次串换的色谱柱；所述I区带位于洗脱剂入口与原料入口之间；所述II区带位于原料入口与无机酸组分出口之间；所述III区带为无机酸组分出口与乙酸组分出口之间，所述IV区带位于洗脱剂入口与糖类组分出口之间。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，农林废弃物的玉米芯、甘蔗渣、秸秆、桉木或桦木经粉碎水洗和热水浸提后，用0.5％～2.0％无机酸水解，得到木糖水解液；过滤除去胶体和固形物，活性炭或树脂去除色泽物，55～65℃蒸发浓缩，得到原料；所述原料中，糖类浓度为50～70mg/mL、无机酸浓度为10～20mg/mL、乙酸浓度为5～10mg/L。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定相树脂是Dowex99或50WH型、JK006H型、XAD4H型、D001H型或LS001H型中的任何一种，树脂粒径120～320μm；色谱固定相高径比为：15:1～30:1。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述色谱柱用同心夹套通过循环水保温，温度为40～65℃；每个色谱柱的前后设有一个分布式电磁阀组，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军伟，陈建军，袁苗新，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32