纖維素、木質素磺酸鹽的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物化工技術領域，尤其是涉及一種制備纖維素、木質素磺酸鹽的制備方法。
【背景技術】
[0002]我國每年形成的農業廢棄物高達7萬噸，大部分被焚燒或拋棄處理，即浪費了大量有用的資源，又造成了環境污染。而我國是世界上第二大玉米生產國，玉米產量僅次于稻谷居第二位，產量約占全國糧食總產量的四分之一。我國的玉米生產區域分布廣泛，玉米帶縱跨寒溫帶、暖溫帶、亞熱帶和熱帶生態區，分布在低地平原、丘陵和高原山區等不同自然條件下。2013年我國的玉米產量達到了 2011億噸。玉米芯是用玉米棒破碎加工得到的。而木質素原料是可以用于制備木質素-酚共聚物等化工產品，這些產品可以進一步用于制備木糖、糠醛、乙酰丙酸等化工產品。(半纖維素可以制備木糖、糠醛，纖維素可以制備乙酰丙酸、羥甲基糠醛等。)
[0003]現有技術公開的制備纖維素的工藝大都流程長、耗時長、生產過程產生廢水較多，即生產一噸廢水為20?50噸，且纖維素純度低。而現有技術用黑液制備木質素磺酸鹽中木質素含量低，制備收率低。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種制備纖維素、木質素磺酸鹽的方法，本發明提供的制備纖維素、木質素磺酸鹽的方法純度高、收率高。
[0005]本發明提供了一種纖維素的制備方法，包括:
[0006]木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到木質纖維素；所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸；
[0007]木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；
[0008]粗纖維素漂白得到纖維素。
[0009]本發明提供了一種木質素磺酸鹽的制備方法，包括:
[0010]木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到木質纖維素；所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸；
[0011]木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；
[0012]黑液改性得到木質素磺酸鹽。
[0013]優選的，所述非氧化性酸與木質素原料的質量比為(I?10):100。
[0014]優選的，所述第二非氧化性酸選自磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種。
[0015]優選的，所述亞硫酸鹽選自亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種。
[0016]優選的，所述第一非氧化性酸和第二非氧化性酸的質量比為(I?99): (I?99)。
[0017]優選的，所述第一非氧化性酸和第二非氧化性酸的質量比為(50?99):(1?
10) ο
[0018]優選的，所述酸解的溫度為110?160°C。
[0019]優選的，所述亞硫酸鹽與第一非氧化性酸的摩爾比為(I?10):100。
[0020]優選的，所述木質素原料選自玉米芯、蘆葦、豆桿、棉桿、小麥秸桿、玉米秸桿、楊木、竹子、針葉木、闊葉木、瓜子殼和瓜子桿中的一種或幾種。
[0021]與現有技術相比，本發明提供了一種纖維素的制備方法，包括:木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到木質纖維素；所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸；木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；粗纖維素漂白得到纖維素。本發明通過特定的非氧化性酸和亞硫酸鹽的配伍作為催化劑可以對木質素原料進行更加充分的水解，制備纖維素純度高，收率高，并且只需一次漂白，流程短，污染少，成本低。
[0022]本發明還提供了一種木質素磺酸鹽的制備方法，包括:木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到木質纖維素；所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸；木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；黑液改性得到木質素磺酸鹽。本發明通過特定的非氧化性酸和亞硫酸鹽的配伍作為催化劑可以對木質素原料進行更加充分的水解，使得催化分解得到的黑液中木質素含量高，水解得到的碳水化合物含量少，制備得到的木質素磺酸鹽收率高。
【具體實施方式】
[0023]本發明提供了一種纖維素的制備方法，包括:
[0024]木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到木質纖維素；所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸；
[0025]木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；
[0026]粗纖維素漂白得到纖維素。
[0027]在本發明中，首先木質素原料在催化劑的作用下酸解，得到糖液。本發明對于所述的木質素原料不進行限定，優選選自玉米芯、蘆葦、豆桿、棉桿、小麥秸桿、玉米秸桿、楊木、竹子、針葉木、闊葉木、瓜子殼和瓜子桿中的一種或幾種；更優選為玉米芯或蘆葦；最優選為玉米芯。本發明的原料優選經過粉碎，本發明對于粉碎用的儀器或粉碎得到的目數不進行限定，本領域技術人員熟知的酸解粉碎的儀器和目數即可。
[0028]本發明所述催化劑包括非氧化性酸和亞硫酸鹽；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸為亞硫酸。所述第二非氧化性酸優選選自磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種；所述第二非氧化性酸更優選選自磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的兩種或兩種以上；所述亞硫酸鹽優選選自亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種。
[0029]在本發明中，所述非氧化性酸與木質素原料的質量比優選為(I?10):100，更優選為(2?9):100，最優選為(3?8):100o所述第一非氧化性酸和第二非氧化性酸的質量比優選為(I?99): (I?99)，更優選為(50?99): (I?20)，最優選為(50?99): (I?10)，最優選為(70?90): (I?10);所述亞硫酸鹽與第一非氧化性酸的摩爾比優選為(I?10): 100，更優選為(2?7): 100，最優選為(3?4.5):100。所述酸解反應的液固比(質量比)優選大于2:1 ;更優選大于4:1 ;最優選大于5:1。所述酸解的溫度優選為110?160°C，更優選為120?150°C，最優選為125?145°C。所述酸解的壓力優選為0.2?0.7MPa，更優選為0.4?0.7MPa，最優選為0.5?0.7MPa。
[0030]所述酸解完畢后優選經過固液分離，得到糖液和木質纖維素，所述糖液可以用于去制備糠醛或木糖，所述木質纖維素優選經過第一次水洗，所述第一次水洗的溫度優選為90?130°C，更優選為90?120°C，最優選為90?100°C。所述水洗的液固比優選為2:1?6:1，更優選為4:1?6:1，最優選為6:1?8:1 ;水洗后固液分離，得到糖液和木質纖維素，將糖液合并；將木質纖維素進行第二次水洗，所述第二次水洗的溫度優選為70?110°C，更優選為70?100°C，最優選為70?90°C。所述水洗的液固比優選為2:1?6:1，更優選為
4:1?6:1，最優選為6:1?8:1 ;水洗后固液分離，得到糖液和木質纖維素，將糖液合并，木質纖維素用于提取粗纖維素。
[0031]得到木質纖維素中，所述纖維素的質量百分含量優選為60%?70%，更優選為63%?68%，最優選為64%?67% ;所述半纖維素的質量百分含量優選為0%?10%，更優選為I %?8 %，最優選為3 %?7 % ;所述木質素的質量百分含量優選為20 %?30 %，更優選為22%?28%，最優選為24%?27% ;所述灰分優選為小于百分之五，更優選為小于百分之三，最優選為小于百分之二。
[0032]木質纖維素經過催化分解得到粗纖維素和黑液；所述催化分解優選為堿解或鹽解；也就是說，所述催化分解的催化劑優選為氫氧化鈉、氫氧化鉀和亞硫酸鈉中的一種或幾種。所述催化劑的質量濃度優選為6 %?30 %，更優選為8 %?25 %，最優選為8 %?15 %;所述催化分解的溫度優選為80°C?140°C，更優選為80?120°C，最優選為90?100°C ;所述催化分解的固液比優選為2:1?10:1更優選為4:1?8:1，最優選為6:1?8:1。
[0033]本發明所述木質纖維素在上述催化劑的催化分解以及上述特定條件下得到卡伯值低，纖維素含量高的粗纖維素。
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