一种竹材组分分离及联产乳酸系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种竹材组分分离及联产乳酸系统，包括第一蒸煮反应釜，设有竹材入口、综纤维素出口、第一蒸煮废液出口和酸的有机溶液入口；第二蒸煮反应釜，设有综纤维素入口、纤维素出口、第二蒸煮废液出口和碱的水溶液入口，所述综纤维素入口与所述综纤维素出口连接；水解装置，设有纤维素入口和水解液出口，所述纤维素入口与所述纤维素出口连接；生物发酵装置，设有可发酵糖液入口、加料口、乳酸产品出口和发酵废液出口，所述可发酵糖液入口与所述水解液出口连接。本实用新型专利技术通过特定的两步化学预处理能够有效破坏竹材的抗降解屏障，同时极大程度减少纤维素的降解，纤维素的提取率高，纯度高，后续经水解、发酵生产乳酸收率高。发酵生产乳酸收率高。发酵生产乳酸收率高。

【技术实现步骤摘要】
一种竹材组分分离及联产乳酸系统


[0001]本技术涉及竹材利用
，尤其涉及一种竹材组分分离及联产乳酸系统。

技术介绍

[0002]可生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。其中，聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)由于拥有优异的生物相容性、高模量(约3GPa)，以及良好的光学和热性能(熔融温度约为170℃)，是以乳酸为单体经化学方法合成的一种新型生物降解塑料。PLA生物塑料废弃后通过回收、堆肥可完全生物降解为水和二氧化碳，经过光合作用又回到植物中，实现绿色可持续循环利用。因此，乳酸的制备来源显得尤为重要，目前我国乳酸工业化生产主要采用玉米为原料，经粉碎、液化、糖化、发酵生产乳酸。然而以玉米淀粉工业化生产乳酸势必要面临与人争粮、与民争地等严重问题，发掘新的生产乳酸的原料来源有着重要的意义。
[0003]竹子具有一次种植，永续利用，生长周期短，生长速度快，相比玉米秸秆、稻草秸秆等受收获季节影响不大，因此有着其他木质纤维资源不可比拟的优势。而目前竹材应用到塑料复合材料制备的大多是经机械、化学或生物的方法，将竹子中分离的竹纤维作为PLA的增强纤维，提高PLA的冲击强度、热变形温度和阻隔性能等，但竹纤维与PLA之间以物理结合为主，且维持竹纤维原貌特性，并没有实现以竹纤维化学转化制备出乳酸乃至PLA。
[0004]目前的研究中，木质纤维原料如杨木、松木、甘蔗渣和玉米秸秆等一般通过以下三步工艺流程的方法制备乳酸，第一步，木质纤维原料的预处理，增加酶接触的可及性；第二步，纤维素酶水解预处理底物生成葡萄糖；第三步，乳酸菌发酵葡萄糖生产乳酸。其中最关键的步骤是第一步的预处理环节，常见的预处理方法包括物理法、化学法和生物法。而作为非草非木的竹材，其特殊固有的结构、致密的天然抗降解屏障竹青等因素导致较其他木质纤维原料更加难于有效预处理。
[0005]因此，竹材的有效处理以及制备乳酸的方法需要进行深入研究。

技术实现思路

[0006]本技术提供一种竹材组分分离及联产乳酸系统及方法，用以解决现有竹材预处理效率低，以及未实现以竹纤维化学转化制备出乳酸的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本技术提供一种竹材组分分离及联产乳酸方法，包括：
[0008]将竹材与酸的有机溶液进行第一接触，分离出综纤维素和第一蒸煮废液；
[0009]将所述综纤维素和碱的水溶液进行第二接触，分离出纤维素和第二蒸煮废液；
[0010]将所述纤维素进行水解，得到富含葡萄糖的水解液；
[0011]将所述富含葡萄糖的水解液进行生物发酵，生产乳酸产品。
[0012]本技术通过特定的两步化学预处理能够有效破坏竹材的抗降解屏障，同时极
大程度减少纤维素的降解，纤维素的提取率高，纯度高，后续经水解、发酵生产乳酸收率高。
[0013]进一步地，将所述第一蒸煮废液和第二蒸煮废液进行回收和分离，得到有机溶剂、木质素和富含木糖的水解液；
[0014]优选地，所述富含木糖的水解液与所述富含葡萄糖的水解液同时进行生物发酵，生产乳酸产品。
[0015]进一步地，所述酸的有机溶液由酸、有机溶剂和水混合而成，所述酸的添加重量为竹材重量的0.5％～4％，有机溶剂与水的体积比为3:7～19:1，固液比为1:3～10；
[0016]所述碱的水溶液由碱和水混合而成，所述碱的添加重量为所述综纤维素重量的5％～25％，固液比为1～2:10；
[0017]所述第一接触的温度为120～200℃，时间为0.5～2h；
[0018]所述第二接触的温度为20～100℃，时间为0.5～1.5h；
[0019]所述水解的温度为30～50℃，时间为6～72h；
[0020]所述生物发酵的温度为30～50℃，时间为6～48h。
[0021]进一步地，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮中的一种或多种；所述酸选自盐酸、硫酸、磷酸中的一种或多种；所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0022]进一步地，所述竹材包括竹采伐剩余物、竹加工剩余物；
[0023]和/或，所述竹材预先粉碎成粒径小于2cm的碎料。
[0024]本技术还提供一种竹材组分分离及联产乳酸系统，包括：
[0025]第一蒸煮反应釜，设有竹材入口、综纤维素出口、第一蒸煮废液出口和酸的有机溶液入口；
[0026]第二蒸煮反应釜，设有综纤维素入口、纤维素出口、第二蒸煮废液出口和碱的水溶液入口，所述综纤维素入口与所述综纤维素出口连接；
[0027]水解装置，设有纤维素入口和水解液出口，所述纤维素入口与所述纤维素出口连接；
[0028]生物发酵装置，设有可发酵糖液入口、加料口、乳酸产品出口和发酵废液出口，所述可发酵糖液入口与所述水解液出口连接。
[0029]进一步地，所述系统还包括回收处理机构，所述回收处理机构包括：
[0030]废液中和回收罐，设有废液入口和中和废液出口，所述废液入口与所述第一蒸煮废液出口和第二蒸煮废液出口分别连接；
[0031]蒸馏装置，设有中和废液入口、有机溶剂出口和固液出口，所述中和废液入口与所述中和废液出口连接；
[0032]固液分离塔，设有固液入口、液相出口和固相出口，所述固液入口与所述固液出口连接。
[0033]进一步地，所述液相出口与所述生物发酵装置连接。
[0034]进一步地，所述有机溶剂出口与所述酸的有机溶液入口连接。
[0035]进一步地，还包括顺次连接的皮带传送机、进料斗和螺旋上料机，所述螺旋上料机与所述竹材入口连接。
[0036]本技术提供的一种竹材组分分离及联产乳酸系统及方法，具有以下有益效果：
[0037]1、本技术依次采用酸的有机溶液和碱的水溶液对竹材进行化学预处理能够有效破坏竹材的抗降解屏障，同时极大程度减少纤维素的降解，纤维素的提取率高，纯度高，后续经水解、发酵生产乳酸收率高。
[0038]2、本技术依次采用酸的有机溶液和碱的水溶液对竹材进行化学预处理使半纤维素较好地溶出并最大程度水解成木糖，同时极大程度减少木质素的降解，木质素和木糖提取回收率高。
[0039]3、本技术将两次化学预处理的蒸煮废液按比例混合，实现酸碱中和后，通过蒸馏装置分馏出的有机溶剂回收用于酸的有机溶剂预处理，实现有机溶剂的循环利用，减少有毒有害废液对环境的污染和危害。
[0040]4、本技术提取的木质素可作为生物炼制生产高附加值产品的原料使用；提取的木糖可与纤维素酶解糖化产物同步生产乳酸，乳酸产率高。本技术实现竹材中纤维素、半纤维素和木质素的全组分分离及利用，且设备简单，过程稳定，工艺简单易行，环保低毒，易于实现工业化，应用前景广阔。
附图说明
[0041]图1为本技术提供的一种竹材组分分离及联产乳酸系统的示意图；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竹材组分分离及联产乳酸系统，其特征在于，包括：第一蒸煮反应釜，设有竹材入口、综纤维素出口、第一蒸煮废液出口和酸的有机溶液入口；第二蒸煮反应釜，设有综纤维素入口、纤维素出口、第二蒸煮废液出口和碱的水溶液入口，所述综纤维素入口与所述综纤维素出口连接；水解装置，设有纤维素入口和水解液出口，所述纤维素入口与所述纤维素出口连接；生物发酵装置，设有可发酵糖液入口、加料口、乳酸产品出口和发酵废液出口，所述可发酵糖液入口与所述水解液出口连接。2.根据权利要求1所述的竹材组分分离及联产乳酸系统，其特征在于，所述系统还包括回收处理机构，所述回收处理机构包括：废液中和回收罐，设有废液入口和中和废液出口，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，马腾飞，刘悦，
申请(专利权)人：国际竹藤中心，
类型：新型
国别省市：