从糖中分离酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种分离来自液体的酸和糖的方法，所述液体通过包含纤维素和半纤维素中的至少一种的物质的酸水解而得到，该方法包括：将该液体加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的分离装置中，这样酸就吸附到该色谱材料上，由此得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸溶液的随后系列级分。本发明专利技术还公开了一种从市政固体废物和其它纤维素类原料中经济地、能量上有效率地生产乙醇的方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的背景本专利技术的领域本专利技术涉及，所述糖通过纤维素类和/或半纤维素类物质的酸水解而得到。本专利技术还涉及一种用于去除与酸/糖溶液有关的重金属的方法，所述溶液得自可包含纤维素类和/或半纤维素类物质的市政固体废物(MSW)或污水污泥。相关技术美国专利5580389公开了一种分离酸和糖的方法，这些物质通过包含纤维素和半纤维素的生物质的强酸水解而得到。首先将纤维素和半纤维素解晶，然后水解成包含糖和酸的水解产物。可通过进一步处理来去除存在于生物质中的二氧化硅。然后将剩余的固体物质经受第二解晶和水解处理以优化糖产率。此外公开了一种从水解产物的酸中分离出糖的方法。然后可将包含己糖和戊糖的所得糖液流发酵。尤其是，从水解产物中分离糖的方法包括树脂分离装置的应用，其中糖吸附在强酸树脂上。然后将液体加至树脂上，得到包含低于2％糖的酸液流。美国专利5407580和5538637公开了一种在极性溶液中，使用离子排斥技术，从糖之类的非离子组分中分离出酸之类的离子组分的方法。尤其是，该方法包括，通过离子交换柱内的酸来控制由树脂收缩造成的分散作用。这种连续法采用了酸树脂，其与酸-糖溶液接触，这样第一级分包含富酸级分，而以后的级分则包含富糖级分。美国专利5407817和5571703公开了处理市政固体废物以回收可再利用物质并由纤维素类组分生产乙醇的方法。市政固体废物的一个特殊问题是，重金属组分会抑制糖通过酵母或其它发酵微生物进行发酵。按照这些专利，可按照两种不同方法中的任何一种来去除重金属。在“前段”法中，重金属通过在约40-100℃用稀硫酸处理碎纤维素组分以基本上溶解重金属而去除。然后回收包含纤维素的反应混合物中的不溶组分并处理得到乙醇。在“后段”法中，直接用浓硫酸来水解碎纤维素组分。在用水稀释和高温蒸煮之后，去除不溶性木质素。发现这些重金属与不溶性木质素缔合，这使得可从含糖溶液中去除重金属。美国专利5651895公开了通过加入铁盐，然后加入碱将pH值增至约8-10来去除某些废水中重金属的方法。随着碱的加入，形成包含重金属的沉淀物，然后通过标准过滤技术加以去除。该方法可连续或间歇进行。本专利技术的综述本专利技术涉及一种分离酸和糖的方法，这些物质来自通过纤维素类和半纤维素类物质中的至少一种的酸水解而得到的液体，该方法包括将该液体加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的分离装置中，这样酸就吸附到该色谱材料上，由此得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸溶液的随后系列级分。本专利技术明显不同于采用阳离子树脂来吸附糖的已有技术。在该已有技术实施方案中，将糖作为分离“产物”进行处理，且与首先从树脂中洗脱的酸相比，所得糖的纯度较高。酸级分含很少杂质或没有出现酸的分级分离。相反，按照本专利技术，酸被吸附到阴离子交换或排斥色谱材料上，结果在糖已从床中洗脱之后才洗脱出酸。因此，按照本专利技术，酸是作为分离产物处理的，因此与采用阳离子树脂时相比，具有较高的纯度和浓度。由于浓缩酸(用于循环工艺)比浓缩糖(用于发酵)更加昂贵，因此与使用阳离子树脂时相比，使用阴离子交换或排斥色谱材料可明显在能量需求和资金费用上节约成本。由于糖不滞留在阴离子交换或排斥色谱材料上，因此它首先洗脱且被某些酸和重金属污染。重金属污染在从MSW中得到纤维素类和/或半纤维素类物质时非常明显。在该实施方案中，残余酸和重金属可通过用石灰处理而从合并糖级分中去除，石灰可同时中和残余酸和沉淀重金属，得到包含重金属的石膏。因此，本专利技术还涉及一种分离来自液体的酸和糖并从所得糖溶液中去除残余酸和重金属的方法，所述液体通过纤维素类和/或半纤维素类物质的酸水解而得到，该方法包括(a)将该液体加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的分离装置中，这样酸就吸附到该色谱材料上，由此得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸溶液的随后系列级分；然后(b)使用石灰处理糖溶液以中和所有的残余酸并沉淀可能存在于混合糖溶液中的重金属。本专利技术还涉及一种分离来自液体的酸和糖并从所得糖溶液中去除残余酸和重金属的方法，所述液体通过纤维素类和/或半纤维素类物质的酸水解而得到，该方法包括(a)将该液体加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的分离装置中，这样酸就吸附到该色谱材料上，由此得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸溶液的随后系列级分；(b)将包含糖溶液的第一级分混合；然后(c)使用石灰处理该混合糖溶液以中和所有的残余酸并沉淀可能存在于混合糖溶液中的重金属。本专利技术提供了用于连续去除重金属的方法。重金属会同时污染酸和糖级分。因此，一部分重金属包含在要进行混合、浓缩和循环的酸级分中。通过重复循环酸和去除混合糖溶液中的重金属部分，重金属可在酸级分中达到稳定态的浓度。因此，本专利技术还涉及一种从糖和酸溶液中连续去除重金属的方法，包括(a)用浓酸水解包含重金属和纤维素和/或半纤维素的样品，得到部分消化的混合物；(b)用水(可包括原污水、septage、污水污泥、废水污泥、商业废水流和/或来自土地填筑的沥滤液)稀释部分消化混合物，然后加热足够时间以基本上水解纤维素和/或半纤维素，得到包含重金属的糖/酸溶液；(c)将包含重金属的糖/酸溶液加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的模拟移动床分离装置，这样酸就吸附到该色谱材料上，得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸的随后系列级分；(d)将包含糖溶液的第一级分混合；(e)使用石灰处理该混合糖溶液以中和所有的残余酸并沉淀可能存在于混合糖溶液中的重金属；(f)将包含酸的级分混合并浓缩。本专利技术的优点是多方面的(1)混合酸级分的酸浓度与使用阳离子交换树脂时(约4.5-7％)相比较高(约8-16％，更优选10-16％)，这降低了在工艺中用于浓缩酸并对其加以回收的酸蒸发器的尺寸、成本、能耗和总体操作成本。除了酸蒸发器，酸还可通过其它方法，如电渗析和萃取来浓缩。(2)与使用阳离子交换树脂时相比，酸级分中的糖较少，结果在酸蒸发器中的污垢较少且糖的回收率较高。(3)含糖级分中有较多酸，使得可通过加入石灰来回收重金属和中和pH值。(4)尽管与使用阳离子交换树脂时(约8-14％，更优选10-14％)相比糖浓度较低(约3-9％，更优选5-9％)，但糖溶液的浓缩容易通过反渗透装置或通过蒸发来实现。由于糖溶液的浓缩即使在使用阳离子交换树脂时也是必需的，因此使用阴离子交换或排斥色谱材料时所必需的附加浓缩步骤不会明显增加该工艺的资金或操作成本。令人惊奇的是，前述方法可从含纤维素和半纤维素的物质，如污水污泥和/或市政固体废物中高效且成本可行地生产乙醇。优选实施方案的描述在本专利技术中，原料可以是任何含纤维素或半纤维素的物质，如生物质(包括庭院废物、农业残余物、农业废物、软枝草、叶子、谷物秸杆、杂交杨木等)、废纸、碎纸或纸板、纸污泥、纸浆细料等、木屑、锯屑或MSW(包括直接得自市政或得自事先填埋并随后回收的市政固体废物的废物)及其任意组合。除了市政固体废物，原料可包含污水污泥、septage污泥、和废水污泥，其优选形式为可能包含大量纤维素类物质的污水污泥饼、或已用得自糖-酸分离器的酸加以酸化的污水污泥(如，通过来自第二“木质素”过滤器的洗涤水)。污水污泥的酸化有助于保持其为溶液和悬浮液形式，并有助于降低微生物活性，从而减少酸化物质的气味。纤维素和半纤维素废料可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离来自液体的酸和糖的方法，所述液体通过包含纤维素和半纤维素中的至少一种的物质的酸水解而得到，该方法包括：将该液体加入包括阴离子交换或排斥色谱材料床的分离装置中，这样酸就吸附到该色谱材料上，由此得到包含糖溶液的一系列第一级分和包含酸 溶液的随后系列级分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LJ小卢索，
申请(专利权)人：受控的环境系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]