[发明专利]秸秆乙酰化组分分离及制备秸秆醋酸纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于秸秆废弃物资源利用领域，特别涉及一种秸秆乙酰化组分分离及制备秸秆醋酸纤维素的方法，即先将植物秸秆进行汽爆预处理，然后直接乙酰化，再进行秸秆组分分离，并且制备得到醋酸纤维素、乙酰化的木素等，使秸秆资源得到高值化利用的技术。

背景技术

我国有丰富的秸秆资源，年产可达7亿多吨。但是由于这一可再生资源组分多、结构复杂，长期以来没有得到经济合理的开发利用。当前的一些秸秆利用技术存在着产品质量不稳定、原料利用率低、环境污染等问题，难以高值化利用量大、面广的可再生性的秸秆资源。一方面，近年来，随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展，秸秆逐步由一种传统的做饭、取暖烧柴的原料演变成了一种无用的负担物。秸秆就地焚烧日趋严重，产生的烟雾已成为一大社会公害。另一方面，秸秆大量直接还田不现实，也没有必要。因为占秸秆总量的15％的秸秆根茬还田，即可以达到土壤有机质的平衡。我国人多地少，耕地不能采取轮休耕制，将未经处理的干秸秆直接还田，没有发酵处理时间，没腐烂的秸秆不但起不到肥田作用，反而影响作物出苗率。

秸秆等木质纤维素作为一种重要的可再生性资源，国内外从不同学科角度进行了比较全面的研究。已经产业化的造纸工业、化纤工业等是以“单一组分”的物质为对象开发，浪费了资源，污染了环境。大多秸秆等木质纤维素资源的开发利用至今未能在技术经济和环境方面获得具有竞争力的突破。

醋酸纤维素是纤维素衍生物中最早进行商品化生产，并且不断发展的纤维素有机酸酯。在纤维素纤维中是仅次于粘胶纤维的第二大品种，醋酸纤维可以用于制造纺织品、烟用滤嘴、塑料制品、胶卷、液晶材料等。然而当今工业生产制备醋酸纤维素大部分使用α-纤维素含量较高的高级浆如木浆、棉浆等原料，不仅原料成本较高，预处理困难，而且对环境造成污染。因此寻找廉价原料，降低预处理成本十分重要。

秸秆乙酰化组分分离是通过将秸秆进行预处理，然后对其直接乙酰化，利用秸秆组分乙酰化后的产物性质不同而进行分离。秸秆乙酰化主要是秸秆中纤维素、半纤维素、木质素等组分中的羟基与乙酸酐反应，得到乙酰化的纤维素即醋酸纤维素、乙酰化的木质素(使木质素得到改性)以及其他乙酰化产物。

由于植物秸秆细胞壁结构非常紧密，在纤维素、半纤维素和木质素分子之间存在着不同的结合力。纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键；半纤维素和木质素之间除氢键外，还存在着化学键的结合，致使天然纤维原料组分分离和利用困难。从而使秸秆进行直接乙酰化难度加大，即使能够直接乙酰化，反应后得率很低，转化率仅有1％左右，并且反应时间长，从而又升高了秸秆利用的成本。因此要实现秸秆乙酰化，必须对秸秆进行预处理，打破秸秆组分之间的强键结合。

组分分离的目的是以最大得率分离纤维质原料中各个组分，以保持尽可能地分子的完整性，以最大可能的优化利用和最终实现最大价值。因此打开秸秆组分之间的强健结合，预处理是关键。当今的预处理技术包括物理预处理、化学预处理和生物预处理等方法。其中物理预处理主要包括机械粉碎、蒸汽爆破、冷冻粉碎、微波和超声波处理、辐射处理等；化学预处理包括碱处理、纤维素溶剂处理、有机溶剂处理、稀酸预处理等。其中化学处理已广泛用于化学制剂溶解木质素和半纤维素，降低纤维素的结晶度或溶解纤维素。传统上，造纸工业的制浆过程就是用化学制剂溶解木质素来制备高强度、一定纤维强度的纸制品。但化学预处理必须使用耐腐蚀的设备，需要冲洗排除大量的化学药品，较难回收木质素和半纤维素而造成环境污染。使用植物粉碎机对秸秆机械粉碎，然后进行秸秆乙酰化反应的转化率亦并不理想。因此选择一种经济、合理、环保的秸秆预处理方法是乙酰化反应的关键环节。

在新的组分分离概念和标准的指导下，针对秸秆这种多组分、多细胞、多器官、多组织的木质纤维原料，我们开发了针对秸秆特殊结构的组分分离技术体系。

发明内容

本发明的目的之一是针对秸秆这种多组分木质纤维原料，开发了针对秸秆特殊结构的组分分离方法，从而能将秸秆全利用，得到附加值的醋酸纤维素，同时，分离得到的其他组分也得到最大价值的利用，克服了传统组分分离方法的污染、单一组分利用的缺点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的植物秸秆乙酰化组分分离及制备醋酸纤维素的方法，其步骤如下：

1)对植物秸秆碎料进行蒸汽爆破活化预处理，并烘干；

2)对步骤1)的蒸汽爆破活化预处理后的植物秸秆料进行乙酰化处理：