[发明专利]一种由玉米秸秆中半纤维素制备乳酸的方法

说明书

本发明公开了一种玉米秸秆中的半纤维素制备乳酸的方法，包括（1）将玉米秸秆粉碎，用去离子水漂洗，去除表面杂质，烘干；（2）在高压釜中加入玉米秸秆粉，乙醇水溶液和催化剂草酸，氮气气氛下于1‑3MPa，100‑180℃加热反应0.25‑4h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离出滤液，滤液蒸出并回收乙醇后，再过滤得到富含半纤维素转化产物的滤液；（3）将富含半纤维素转化产物的滤液加入高压釜中，加入MgO作为催化剂，氮气气氛下于1‑3MPa，140‑240℃加热反应，反应完成后自然冷却至室温，过滤出催化剂，得到富含乳酸的滤液。本发明以玉米秸秆做原料，利用化学催化法制备乳酸，不仅可以获得高收率的乳酸产品，而且具有绿色环保，无二次污染，生产成本低等优点。

技术领域

本发明涉及乳酸的制备方法，具体地说涉及一种由玉米秸秆中半纤维素制备乳酸的方法。

背景技术

一直以来，乳酸在食品、皮革制造、医药和化工等行业具有广泛应用。随着社会的不断发展，近年来对乳酸的应用在不断扩大。乳酸的两大官能团（-COOH，-OH）使乳酸可以发生很多化学反应，包括：聚合反应、酯化反应、还原反应、羟基取代反应。两分子乳酸聚合生成的丙交酯，是PLA（polymers of lactic acid）的主要原料。近年来，PLA作为可降解塑料倍受青睐。另外，乳酸衍生物用作对环境友好的“绿色”溶剂是另一个潜在的可发展领域。目前大量使用的含氧剂如丙二醇、环丙烷、丙烯酸和丙烯酸酯等都可以由乳酸得来。因此，现在市场对乳酸的需求量与日俱增。

商业化生产乳酸的主要方法有化学合成法和碳水化合物发酵法。化学合成法的原料中使用到剧毒物质氢氰酸，对环境造成严重污染，因此限制了其大规模的工业应用。目前乳酸主要的生产方式是基于发酵法，此方法生产周期长，不能连续生产，更重要的是发酵的pH范围很窄，为了控制pH会加入碱，从而生成大量的废盐。

木质纤维原料包括农业生产的废弃物和剩余物（如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等) 、林木及林业加工废弃物和草类等，是地球上最丰富且价廉的可再生资源。让木质纤维素代替糖料、淀粉等粮食作物作为生产乳酸的原料不仅可以节约粮食资源，还可以降低乳酸成本，扩大乳酸的应用。大量研究工作者也在利用木质纤维素生物质作为乳酸的原料方面做出很多努力。K. Zhao等人（Bioresource Technology. 2013,135,481–489）使用乳酸片球菌DQ2通过SSF方式对玉米秸秆进行发酵，从而制得乳酸。他们先用干燥硫酸预处理秸秆，跟着生物解毒，再同步糖化发酵（48℃，pH 5.5），乳酸收率达到77.2%。但是上述过程使用到的硫酸是强酸，对设备腐蚀性大，并且回收成本高；SSF过程需要严格的温度和pH控制。

为了克服化学合成法和发酵法的缺点，并最大程度降低乳酸的生产成本，研究工作者尝试利用葡萄糖、纤维素、木质纤维素等生物质做原料，采用非化学合成、非发酵的化学催化的方法来生产乳酸。Cristina Sánchez等人（Chemical Engineering Journal.181-182,(2012) :655-660）以纤维素和半纤维素为原料，0.7M Ca(OH)₂为催化剂，300℃反应30min，可以得到44.76%的乳酸。Feng-Wen Wang等（Res Chem Intermed (2011) 37:487-492）以纤维素为原料，0.5mmol Ni和2.5M NaOH为催化剂，300℃反应1min，得到34%的乳酸。Ayumu Onda等人（Catalysis Communications.9 (2008):1050-1053）以葡萄糖为原料，镁铝水滑石为固体催化剂，在0.05M NaOH存在下于323K反应8小时，得到20%的乳酸。YanliangWang等人(Nature communications,2013, 4, 2141) 以微晶纤维素为原料，少量铅（II）离子为催化剂，在463K时可选择性得到62%的乳酸。