[发明专利]一种催化分解木质纤维原料的方法

说明书

本发明涉及一种催化分解木质纤维原料的方法，利用有机溶剂对木质纤维原料进行预处理，预处理结束后加入固体酸催化剂进行蒸煮，蒸煮完成后固液分离；将分离得到的固相混合物洗涤后进行筛分，得到纤维素和固体酸催化剂；将分离得到的蒸煮液进行浓缩，回收有机溶剂后得到糖和木质素的混合物。本发明使用有机溶剂作为分离木质纤维原料的溶液，结合固体酸催化剂进行催化反应，通过对工艺条件的控制，得到糖液、木质素以及纤维素三种产物，实现了对木质纤维原料中有价组分的高效提取，有价组分的回收率可达92％以上。同时降低了分离设备耐腐蚀性要求，且固体酸催化剂和有机溶剂可以重复使用，降低了生产成本以及对环境的污染，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物原料分解回收领域，具体涉及一种催化分解木质纤维原料的方法。

背景技术

木质纤维原料中主要含有纤维素、半纤维素、木质素，传统木质纤维原料的分离中，产物单一，产物通常为纤维素，木质纤维原料的其他组分往往被当成副产物，且由于副产物难以回收导致经济效益不高。

传统工业上木质纤维原料的分离中，大都使用无机酸，如盐酸、硫酸等作为催化剂，因此分离液中往往含有液体强酸。由于分离液中含有液体强酸，容易腐蚀蒸煮设备，提高了蒸煮设备防腐蚀性要求，进而增加了木质纤维原料的分离成本。

固体酸催化剂是一种易处理和保存、对设备无腐蚀、性质稳定、可再生与重复使用、对环境友好的新型催化剂。CN103657653A中公开了一种固体酸催化剂催化纤维素水解的方法，将固体酸代替传统的无机液体强酸，催化纤维素水解。CN102504028A公开了固体酸催化剂制备纤维素有机酸酯的方法，以SO₄^2-/M_xO_y型固体酸、生物质炭基固体酸、磷铝分子筛固体酸三种固体酸为催化剂、有机酸为溶剂、有机酸酐为酯化剂，制备纤维素有机酸酯。CN104017916A公开了一种利用生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂催化水解纤维素的方法，将纤维素、蒸馏水和生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂混合加热，分离获得纤维素水解液。上述方法主要利用固体酸催化剂分解纤维素，虽然取得了较好的效果，但其应用性不广。

传统方法利用水对木质纤维原料进行蒸煮，得到的产物一般为纤维素，存在产品结构单一、副产物处理难、环境污染大等的弊端。为了实现木质纤维原料中有价物质的高效利用，提高经济效益，同时减少对环境的危害，有必要对现有的木质纤维原料分解方法进行进一步改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种催化分解木质纤维原料的方法，得到糖液、木质素以及纤维素三种产物，同时实现了对木质纤维原料中有价组分的高效提取，有价组分的回收率可达92％以上。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种催化分解木质纤维原料的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)利用有机溶剂对木质纤维原料进行预处理，预处理结束后加入固体酸催化剂进行蒸煮，蒸煮完成后固液分离；

(2)将步骤(1)分离得到的固相混合物进行筛分，得到纤维素和固体酸催化剂；将步骤(1)分离得到的蒸煮液进行浓缩，回收有机溶剂后得到糖和木质素的混合物。

根据本发明，步骤(1)所述有机溶剂为有机酸、有机醇或酯类中的至少一种，示例性的，所述有机溶剂可以为乙醇、丙醇、丁醇、甲酸、乙酸、丙酸、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的至少一种，但非仅限于此。

根据本发明，步骤(1)所述有机溶剂和木质纤维原料的质量比为(3-30):1，例如可以是3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1或30:1等。

根据本发明，步骤(1)所述木质纤维原料为木本类生物质和/或禾本类生物质，优选为木本类生物质。