一種以木糖渣為原料制備木質素的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于化工領域，具體涉及一種以木糖渣為原料制備木質素的方法。
【背景技術】
[0002]木質素是一種來源十分豐富的熱塑性天然高分子材料，廣泛存在于木本植物、草本植物、維管植物中，是無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物，是世界上僅次于纖維素的第二位最豐富的有機物。木質素的原本顏色呈白色、近無色，市場上流通的木質素顏色為淡黃色到深褐色，呈粉狀，比重為1.35-1.50，具有高折光系數(1.61)，且有特殊的紫外吸收光譜。木質素在建材工業、石油工業、輕工業、農業中都有廣泛的應用，也是人類膳食纖維中的重要組成部分，能夠改變腸道系統中微生物的活性、降低血液中膽固醇和血糖的含量、具有預防心血管疾病的作用。木質素還具有抗氧化活性、抑制癌細胞活性等功能，因此，該產品對保障工業生產和人類健康具有重要作用。
[0003]傳統制備木質素產品的方法一般以木材、植物纖維類或造紙黑液為原料，經高濃度酸(如64%-72%的濃硫酸、40%-42%的發煙濃鹽酸)、堿、超臨界、有機溶劑(如乙醇、二氧六環、醋酸、酚類等)等方法制備，這些方法中，由于采用的酸、堿濃度高，對木質素產品的結構破壞嚴重，不利于其應用。而有機溶劑法大多需要高溫高壓的條件，目前完全工業化尚存許多技術困難，使其應用受到很大限制。同時傳統大多以木材等為原料，存在著資源利用率低、污染環境嚴重、能耗高、水耗高等問題，不利于經濟的可持續、健康發展。
[0004]木糖渣是以玉米芯、甘蔗渣、毛竹等農業廢棄物為原料制備木糖產品后剩余的下腳料，主要成分為纖維素和木質素，目前其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，解決木糖渣的再利用是當前各企業急需解決的課題。
【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以木糖渣為原料制備木質素的方法，用于解決現有技術中原料利用率低、能耗高、水耗高、污染環境嚴重、對木質素產品的結構破壞嚴重、產品質量差和木糖渣附加值低等問題。本發明所述木質素產品為堿性木質素或酸性木質素產品。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種以木糖渣為原料制備木質素的方法，包括如下步驟:
(1)取木糖渣，加入堿液，加熱反應2-4小時，過濾，得到木質素的堿性溶液；
(2)將步驟(I)所述木質素的堿性溶液微濾除雜，然后濃縮，得到木質素濃縮液和透析堿液；
(3)將步驟(2)所述木質素濃縮液進行干燥，得到堿性木質素產品；或將步驟(2)所述木質素濃縮液采用硫酸或鹽酸中和，使木質素產品析出，然后離心或過濾，烘干，得到酸性木質素。
[0007]根據本發明實施方式之一，所述堿液選自氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液中的一種或者兩種，質量百分比濃度為1.5-3.0%。
[0008]優選的，步驟(2)所述木質素的堿性溶液微濾除雜的微濾膜為0.1-1.0 μπι，優選為 0.2 μπι。
[0009]優選的，所述堿液的用量為木糖渣干物質質量的1:5-1:10。
[0010]進一步優選的，步驟(I)所述加熱反應的溫度為60_100°C。
[0011]木糖渣中的木質素與堿反應，木質素分子的醚鍵斷裂，生成堿木質素而溶于溶液中，從而可以進一步提純。
[0012]根據本發明另一實施方式，步驟(2)所述濃縮采用截留分子量為200-1000道爾頓的納濾膜。
[0013]采用納濾膜濃縮得到的木質素濃縮液的干物質量濃度為8-12% ;得到的透析堿液其堿度為0.1-1.0%，直接返回到步驟(I)工序，重復利用。
[0014]根據本發明再一實施方式，步驟(3)所述干燥采用高速離心式噴霧干燥機進行噴霧干燥。
[0015]優選的，所述高速離心式噴霧干燥機的進風溫度為195-250 °C、出風溫度為90-105°C。
[0016]采用該方法制備得到的堿性木質素產品對干基木糖渣的收率為22-30%(質量比)。
[0017]根據本發明再一實施方式，所述步驟(3)采用硫酸或鹽酸中和至pH值為3.0-5.0。
[0018]采用該方法制備得到的酸性木質素產品對干基木糖渣的收率為20-25% (質量比)。
[0019]如上所述，本發明的以木糖渣為原料制備木質素的方法，具有以下有益效果: 以木糖生產的下腳料木糖渣為原料，經低濃度的堿溶液浸泡反應、納濾濃縮、噴霧干燥或酸析過濾等工藝制備堿性木質素產品或酸性木質素產品，生產工藝簡單，產品質量穩定，尤其是采用的納濾濃縮工藝，可以使透析堿液直接回用到堿溶工序，節省30%的液堿和70%的蒸汽消耗，減少80%的廢水排放，木糖渣的附加值由不到1500元(原料、輔料及人工等成本)提高至3000元以上(木質素的銷售價格)，具有清潔環保，低耗能，經濟效益好等優勢。
[0020]本發明解決了木糖行業存在的木糖渣資源利用率低，產品單一，生產成本高等問題，符合國家倡導的轉變經濟增長方式，降低生產成本，保護環境的要求，提高了我國木糖產品在國際市場上的競爭力，促進了農業廢棄物“三素(纖維素、半纖維素和木質素)”資源的綜合利用，具有重要的推廣應用價值和市場前景。
【具體實施方式】
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]實施例一 1、堿溶
取干基木糖渣100g，按其干物質質量1:5的比例加入質量百分比濃度為3%的氫氧化鈉溶液500g，混合均勻，在60°C的溫度下保溫攪拌4小時，使木糖渣中的木質素與堿充分反應，生成堿木質素而溶于溶液中。
[0025]2、板框過濾
利用板框過濾機使木質素液與纖維素分離，控制的板框壓濾壓力為0.5MPa，得到木質素的堿性溶液450g，其干物濃度為5%，堿度為0.85%。
[0026]3、微濾除雜
采用0.2um的微濾膜去除木質素液中的懸浮雜質，得到澄清的木質素溶液。
[0027]4、納濾濃縮
采用截留分子量為1000道爾頓的耐堿、聚酰胺材質的納濾膜對木質素液進行濃縮脫水，控制的膜前壓力為3.0MPa、膜后壓力為2.8MPa，出濃縮液與透析堿液的比為1:1.4，得到干物濃度為12%的木質素濃縮液，其質量為180g，透析堿液270g，其堿度為0.9%，直接返回到堿溶工序，重新回用。
[0028]5、噴霧干燥
對木質素濃縮液采用TPG-5型高速離心式噴霧干燥機進行噴霧干燥，控制噴霧干燥機的進風溫度為195°C，出風溫度為105°C，得到水分含量為4.5%的堿性木質素產品22g，對干基木糖渣的收率為22%。
[0029]實施例二 1、堿溶
取干基木糖渣100g，按其干物質質量1:10的比例加入質量百分比濃度為1.5%的氫氧化鈉溶液1000g，混合均勻，在100°C的溫度下保溫攪拌2小時，使木糖渣中的木質素與堿充分反應，生成堿木質素而溶于溶液中。
[0030]2、板框過濾
利用板框過濾機使木質素液與纖維素分離，控制的板框壓濾壓力為0.5MPa，得到木質素的堿性溶液950g，其干物濃度為2.5%，堿度為0.15%。
[0031 ] 3、微濾除雜
采用0.2um的微濾膜去除木質素液中的懸浮雜質，得到澄清的木質素溶液。
[0032]4、納濾濃縮
采用截留分子量為200道爾頓的耐堿、聚酰胺材質的納濾膜對木質素液進行濃縮脫水，控制的膜前壓力為2.8MPa、膜后壓力為2.6MPa，出濃縮液與透析堿液的比為1:2.2，得到干物濃度為8%的木質素濃縮液，其質量為350g，透析堿液600g，其堿度為0.2%，直接返回到堿溶工序，重新回用。