木糖渣制備木質素磺酸鹽聯產微晶纖維素的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于化工領域，具體涉及一種木糖渣制備木質素磺酸鹽聯產微晶纖維素的方法。
【背景技術】
[0002]木質素磺酸鹽又稱磺化木質素，是亞硫酸鹽法造紙木漿的副產品，用石灰、氯化鈣、堿式醋酸鉛等沉淀劑，經過沉淀、分離、烘干等工藝而制得。此種工藝復雜，并且所得木質素磺酸鹽純度較低。
[0003]微晶纖維素(Microcrystaline celulose，MCC)是一種以β_1，4葡萄糖苷鍵結合的直鏈式多糖，由天然纖維素經稀酸水解至極限聚合度(LODP)的可自由流動的白色或近白色粉末狀固體產物。傳統制備微晶纖維素主要以稻殼、甜菜漿、甘蔗渣、玉米芯、小麥、大麥、稻草、蘆葦桿、花生殼、絲瓜、印度竹等高α-纖維素的天然纖維為原料，采用酸水解、洗滌、干燥、粉碎等工藝過程，溶去木質素等非纖維素物質，然后水洗、干燥，得到粉末微晶纖維素產品，此種工藝需要使用強酸、強堿，并消耗大量能源、水源和化學試劑(化工原料)，對環境造成多次污染。
[0004]我國生產木糖和木糖醇已有50多年的歷史，是世界木糖和木糖醇生產和出口大國。每年處理大量的玉米芯生產木糖，在生產木糖過程中，每處理I噸玉米芯就會產生0.6噸的木糖渣，經檢測木糖渣中含有50-60%的纖維素、25-30%的木質素。目前這些廢渣的主要用途是代替一部分燃煤進行生物質發電，還有一部分是農民買去進行食用菌養殖，利用價值較低。隨著市場競爭的日益激烈，解決玉米芯廢渣再利用降低木糖成本是當前企業亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種木糖渣制備木質素磺酸鹽聯產微晶纖維素的方法，用于解決現有技術中木質素磺酸鹽制備工藝復雜、純度低等冋題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種木糖渣制備木質素磺酸鹽聯產微晶纖維素的方法，主要包括以下步驟:
Cl)取木糖渣預處理，包括除砂、脫水、破碎；
(2)向步驟(I)所得預處理之后的木糖渣中加入磺化藥劑進行磺化，然后過濾、洗滌，得到黑液和殘渣；
(3)將步驟(2)所得黑液進一步過濾后進行超濾，回收超濾透過液即木質素磺酸鹽溶液，然后進行濃縮，濃縮液噴霧干燥得到木質素磺酸鹽；
(4)將步驟(2)所得殘渣漂白、洗滌、脫水、干燥、粉碎、篩分，即得微晶纖維素。
[0007]根據本發明實施方式之一，所述步驟(I)中脫水是指木糖渣經壓濾脫水機、螺旋擠漿機脫水至含水量40-70%。
[0008]根據本發明另一實施方式，所述磺化藥劑為堿與亞硫酸鹽的混合物，所述磺化藥劑總量為絕干木糖渣質量的15-25%，堿與亞硫酸鹽的質量比為1:0.3-1 ο
[0009]優選的，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或幾種。
[0010]優選的，所述亞硫酸鹽選自亞硫酸鈉、亞硫酸鈣、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀中的一種或幾種。
[0011]進一步優選的，所述步驟(2)磺化溫度為130-165°c，時間60_240min，磺化度>
1.2mmol/g (以離子交換-電導滴定法測定成品木質素磺酸鹽磺化度)。
[0012]優選的，所述步驟(2)磺化時加入0.3%-1%的蒸煮助劑(質量比，對絕干木糖渣)。
[0013]進一步優選的，所述蒸煮助劑選自蒽醌、二氫二羥基蒽二鈉鹽、四氫蒽醌、綠氧中的一種。
[0014]根據本發明再一實施方式，所述步驟(2)過濾采用板框壓濾機。
[0015]根據本發明再一實施方式，所述步驟(3)過濾采用袋式過濾器，濾除細微顆粒、懸浮物。
[0016]根據本發明再一實施方式，所述步驟(3)超濾采用超濾膜組件進行分段截取，每隔2-5h加水洗濾。
[0017]采用超濾膜組件進行分段截取，可以清除黑液中的粘液質和大分子雜質。
[0018]每隔2_5h加水洗濾，可以提高木質素磺酸鹽轉移率。
[0019]優選的，所述步驟(3)超濾時，超濾膜組件進水端操作壓力為0.1-0.5MPa、出水端壓力為0.1-0.3MPa，超濾膜工作溫度為10-40°C。
[0020]根據本發明再一實施方式，所述步驟(3)濃縮采用納濾膜連續分離濃縮，濃縮至固含量為10-20%。
[0021]采用納濾膜連續分離濃縮，在濃縮的同時，可以透析更多糖、無機鹽等小分子成分，透過的堿液回收利用于磺化藥劑配置。
[0022]優選的，所述步驟(3)納濾時，納濾膜的進水端操作壓力0.3-1.0MPa、出水端壓力0.1-0.8MPa，超濾膜工作溫度50-80°C。
[0023]根據本發明再一實施方式，所述步驟(3)噴霧干燥的進風溫度200_260°C，出風溫度 80-100°C，霧化器轉速 15000-22000r/min。
[0024]根據本發明再一實施方式，所述步驟(4)漂白采用雙氧水，雙氧水用量0.5-1.5%，氫氧化鈉0.5-1.5%，溫度60-80°C，時間2-3h，以上藥劑用量均對絕干纖維素殘渣質量而言。
[0025]根據本發明再一實施方式，所述步驟(4)干燥采用盤式干燥機、氣流干燥機、閃蒸干燥機、管束干燥機中的一種。
[0026]本發明所述木糖渣是指采用玉米芯為原料制備木糖工藝中產生的玉米芯廢渣。
[0027]如上所述，本發明的木糖渣制備木質素磺酸鹽聯產微晶纖維素的方法，具有以下有益效果:
采用本發明所述方法，所得木質素磺酸鹽的純度多90%(以十六胺法檢測)，同時可以制備得到微晶纖維素，生產工藝簡潔，解決了目前玉米芯產業中資源利用率低的問題，玉米芯提取木糖產業經過資源綜合利用開發后，將改變玉米芯的應用范圍，提升玉米芯的經濟價值，延展出木質素衍生產品、纖維素產品等，使單一的木糖生產變為了多元化生產。
【具體實施方式】
[0028]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0029]須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領域內的常規設備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對壓力。
[0030]此外應理解，本發明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關系并不排斥在所述組合設備/裝置前后還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還可以插入其他設備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容的情況下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0031]實施例一
(I)除砂:木糖渣分別經清洗分離機、高濃除砂器、分離除砂機、疏解除砂機除砂，然后經壓濾脫水機、螺旋擠漿機脫水至50%左右，再經破碎機破碎備用。
[0032](2)磺化:將步驟(I)所得破碎后木糖渣置于蒸球中，并加入磺化藥劑及少量蒸煮助劑蒽醌，加水調節至固液比為1:4，磺化溫度130°C，時間240min。磺化藥劑為氫氧化鈉與亞硫酸鈉質量比為13:7的混合物，磺化藥劑用量為絕干木糖渣質量的15%，蒸煮助劑用量為0.3% (質量比，對絕干木糖渣)，磺化度> 1.2mmol/g (以離子交換-電導滴定法測定成品木質素磺酸鹽磺化度)。
[0033](3)固液分離洗滌:將步驟(2)磺化后的木糖渣輸送至全立式全自動板框壓濾機內，過濾后采用兩級逆流清洗，得到過濾黑液及洗滌干凈的纖維素殘渣。
[0034](4)提純濃縮:將步驟(3)所得黑液經袋式過濾器進一步濾除細微顆粒、懸浮物后進入超濾膜組件進行分段截取，截留清除黑液中粘液質和大分子雜質，每隔2- 5h加水洗濾提高木質素磺酸鹽轉移率，經分離提純后截留液和透過液作為兩股出水直接排出膜組件，回收得到純度多90%的木質素磺酸鹽溶液(以十六胺法檢測)，其中超濾膜的進水端操作壓力0.1MPa、出水端壓力0.1MPa，超濾膜工作溫度40°C。將超濾后的透過液經過納濾膜連續分離濃縮，每隔l_3h加水洗濾，透析更多糖、無機鹽等小分子成分，最后濃縮至固含量達到10-20%，透過的堿液回收利用于磺化藥劑配置。其中納濾膜的進水端操作壓力0.3MPa、出水端壓力0.1MPa，超濾膜工作溫度50°C。
[0035](5)噴霧干燥:將步驟(4)所得濃縮液直接噴霧干燥得到純度多90%的木質素磺酸鹽成品。其中控制噴霧干燥進風溫度260°C，出風溫度100°C，霧化器轉速15000r/min。
[0036](6)纖維素漂白、洗滌脫水:將步驟(3)所得洗凈的纖維素殘渣利用雙氧水漂白后洗滌脫水，雙氧水用量1.5%，氫氧化鈉1.5%，漿濃25%，溫度80°C，時間3h，以上藥劑用量均對絕干纖維素殘渣質量而言。
[0037](7)干燥:將步驟(6)所得纖維素殘渣漂白、洗滌脫水后，利用盤式干燥機干燥至水分< 10%。
[0038](8)粉碎:將步驟(7)所得干燥后纖維素利用超微粉碎機等相關設備粉碎至325目篩透過率多95%，即得聚合度為200 - 300Dp的微晶纖維素產品，該微晶纖維素可用于合成革生產中，符合國標LY/T1333— 1999。
[0039]實施例二
(I)除砂:木糖渣分別經清洗分離機、高濃除砂器、分離除砂機、疏解除砂機除砂，然后經壓濾脫水機、螺旋擠漿機脫水至50%左右，再經破碎機破碎備用。
[0040](2)磺化:將步驟(I)所得破碎后木糖渣置于蒸球中，并加入磺化藥劑及少量蒸煮助劑綠氧，加水調節至固液比為1: 10，磺化溫度165°C，時間60min。磺化藥劑為氫氧化鉀與亞硫酸氫鈉的混合物，質量比為1:0.3，磺化藥劑的用量為絕干木糖渣質量的20%，蒸煮助劑用量為1% (質量比，對絕干木糖渣)，磺化度> 1.2mmol/g (以離子交換-電導滴定法測定成品木質素磺酸鹽磺化度)。
[0041](3)固液分離洗滌:將步驟(I)磺化后的木糖渣輸送至全立式全自動板框壓濾機內，過濾后采用兩級逆流清洗