[发明专利]一种功能性木质素的清洁生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以玉米芯、秸秆等生物质原料提取半纤维素生产低聚木糖、木糖等产品后的工业纤维木素废渣为原料提取木质素的工艺。

背景技术

现有技术中，利用生物质中的半纤维素生产木糖和低聚木糖后产生大量的工业木素纤维废渣，这些废渣大部分都被当做低价的燃料烧掉，既浪费了资源又污染了环境。经分析，废渣中主要成分为水、纤维素、木质素，其中木质素含量为干物质的45％左右。木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂。木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。

传统工艺技术(公开号：CN1763208)为生物质木质素的利用做出了努力，其采用无机物提取法提取废渣中的木质素，调浆时需将碱度调至1％～35％，以使木质素溶于碱性水溶液中，中和过程中需用酸调至pH2～3，使木质素从滤液中析出，之前加入的碱都被中和掉，无法得到充分的利用和循环利用，造成严重的浪费。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种以玉米芯、秸秆等生物质原料提取半纤维素生产低聚木糖、木糖等产品后的工业纤维木素废渣为原料提取木质素的工艺。本发明的目的之一是在基本保持木质素天然结构的前提下，通过高压瞬时汽爆进一步打开木质素与纤维素之间的结合键，在较低提取液浓度下，提高木质素的溶出率。目的之二是采用循环提取工艺，重复利用酸中和剂、碱提取剂及工艺用水，降低材料消耗，减少排污量，实现低碳经济。目的之三是通过用梯度碱洗脱、中和操作，回用洗脱液，回收木质素，降低残渣酸度，为乙醇生产奠定基础。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种功能性木质素的清洁生产方法，以工业纤维木素废渣为原料，包括以下步骤：

(1)汽爆预处理：对工业纤维木素废渣进行汽爆处理，汽爆机爆腔5000ml，爆破条件1.5～4Mpa；爆破时间30～180s；

(2)调浆：测定反应体系中(即上述工业纤维木素废渣经汽爆预处理后所得到的混合物)水分的含量，并加水调节其干基与水比例为1∶(5～15)；

(3)提取：上述调浆后，加入碱，调节反应体系中的碱浓度为1～30g/100ml，将反应体系在40～90℃下，搅拌提取0.3～5h；

(4)渣液分离：提取后进行渣液分离，得滤液和滤渣；

(5)中和：将步骤(4)所得滤液升温至40～90℃，在搅拌的条件下用酸中和至pH至2～6，使木质素充分析出；

(6)固液分离：上述中和后，对物料进行固液分离，得废液和固体，对固体进行气流干燥，即得木质素。

所述功能性木质素的清洁生产方法，还包括以下步骤：(7)对步骤(4)得到的滤渣进行洗渣处理：用0～2％的碱液洗涤滤渣，洗涤方式为梯度连续洗涤，即：随着滤渣中木质素浓度的降低，碱的浓度也随之不断降低直至零(用清水洗涤)，滤渣经洗涤后变为中性或酸性，为生产纤维乙醇奠定了基础。

所述步骤(6)得到的废液可用于洗涤步骤(4)得到的滤渣，利用滤渣中和废液，降低对环境的污染。

所述步骤(7)洗涤滤渣后所得洗液可以进入步骤(2)进行调浆，以循环利用和充分利用。

所述步骤(4)得到的滤液进入步骤(2)进行调浆，如此循环3次以上，再进入步骤(5)进行中和。

所述步骤(1)中，所用的碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氨水等可电离出氢氧根离子的物质。

所述步骤(5)中，所用的酸为盐酸、硫酸、硝酸等无机或其它有机酸。

上述碱度的测定选用的是滴定法。

本发明是在基本保持木质素天然结构的前提下，通过高压瞬时汽爆进一步打开木质素与纤维素之间的结合键，在较低提取液浓度下，提高了木质素的溶出率。采用了循环提取工艺，重复利用酸中和剂、碱提取剂及工艺用水，降低了材料消耗，减少了排污量，实现了低碳经济。通过用梯度碱洗脱、中和操作，回用洗脱液，回收木质素，降低残渣酸度，为乙醇生产奠定了基础。

本发明是以工业纤维木素废渣为原料，先通过高压瞬时汽爆技术进行深度预处理，再通过循环提取、梯度洗脱等技术手段，来实现提取剂的重复使用，提高木质素的回收率，降低木质素的生产成本，减少单位产品排污量，同时较为理想地保持木质素的天然结构，使其具备较好的高分子材料功能的一种清洁生产方法。

本发明具有如下优点：

1、本发明以提取过半纤维素的生物质残渣为原料，开辟了残渣利用的高价值新途径和木质素提取的新方法，结束了仅将其作为燃料消耗掉的历史，在节约环保的同时可实现良好的经济效益。