[发明专利]一种联产糠醛、木糖及高活性木质素的方法

说明书

公开联产糠醛、木糖及高活性木质素的方法，包括：提供含有机酸、木质素和C5糖的蒸煮酸洗混合液，C5糖含半纤维素、C5单糖和C5低聚糖；经水解脱水部分C5糖转化成糠醛，得含糠醛、有机酸一、半纤维素、C5单糖和C5低聚糖的第二混合液；除去并回收糠醛和有机酸一；除去糠醛和有机酸一的第三混合液进行固、液相分离，固相通过洗涤得木质素产品，液相为含木质素、C5单糖、C5低聚糖和半纤维素的第一杂糖液；第一杂糖液水解，得含木质素和C5单糖的第二杂糖液，第二杂糖液较第一杂糖液含更多C5单糖；木质素产品进行第一去酯化反应，得高活性木质素一；第二杂糖液进行第二去酯化反应，得含C5单糖、高活性木质素二的第三杂糖液；分离木糖和高活性木质素二。

技术领域

本发明属于生物质综合利用领域。具体涉及一种联产糠醛、木糖及高活性木质素的方法。

背景技术

生物质原料以植物体的形式存在，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中，纤维素占40％左右，半纤维素占25％左右，木质素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的生物质原料总量超过2000亿吨，因此生物质原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。

半纤维素是植物纤维原料主要化学组分之一。它们不同于纤维素，半纤维素即可成均一聚糖也可成非均一聚糖，它还可以由不同的单糖基以不同的联接方式联接成结构互不相同的多种结构的各种聚糖，并且被定义为除去果胶物质后的碱性可溶解的物质。虽然半纤维素广泛分布于植物中，但是因为结构的复杂性限制了它们在工业中的应用。然而，这些缺点能够通过改性来克服，如：氧化、水解、还原、醚化、酯化及交联反应来完成。

木质素在自然界中的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。事实上，木质素是一种很有价值的化工原料，高纯度的无硫木质素可用做酚类树脂、聚氨酯泡沫、环氧树脂等聚合物添加剂以及土壤改良剂、农药缓释剂等，木质素应用在这些方面可使其附加值远高于作为燃料燃烧后回收热量的附加值。

糠醛，又名呋喃甲醛，它由呋喃环上的两个双键和一个醛基，这种独特的化学结构，可以使其发生氧化、氢化、氯化、硝化及缩合等反应，进而生成很多化工产品，所以被广泛的应用于农药、医药、石化、食品添加剂、以及铸造等多个生产领域。糠醛是以富含戊聚糖的植物纤维，如玉米芯、玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、棉籽壳、稻草等为原料生产的，其原理为植物纤维中戊聚糖首先被水解成戊糖，然后戊糖脱水生成糠醛。

当前生物质深加工过程中主要以纤维素利用为主，例如常规的纸浆生产，半纤维素及木质素部分通常作为废液或者作为低价值产品出售或者燃烧产热，未能得到高值化利用。常规糠醛及木糖生产工艺中，也只是利用半纤维素部分制备糠醛及木糖纯品，而木质素部分连同纤维素作为废渣燃烧处理。现有的生产工艺都未能实现半纤维素及木质素两组分的充分利用。

专利文献1公开了一种溶解浆木片水解液制造糠醛工艺，以生产溶解浆后的预水解废液为原料，综合利用预水解废液中的半纤维素组分来生产制备糠醛。虽然综合利用了制浆造纸过程中的预水解废液生产糠醛，但并未考虑木质素部分，木质素部分若不单独分离出来，在预水解液生产糠醛的过程中容易焦化，工艺无法正常运行。

专利文献2公开了一种生产高活性木质素和副产糠醛的方法及应用，以生产溶解浆后的预水解废液为原料，利用预水解液中的半纤维素组分来生产制备糠醛同时分离高活性木质素组分。以半纤维素生产糠醛，而木质素通过溶剂水洗的方式分离出来，达到了组分的综合利用。但该专利中使用的溶剂大多数价格昂贵，为减少溶剂损失木质素水洗次数过多，生产成本高、效率低。