[发明专利]生产木质素颗粒的方法

说明书

本发明记载了一种在连续过程中生产木质素颗粒的方法，其中将无颗粒的含木质素溶液和沉淀剂在混合装置中混合，然后再从混合装置中排出，其中含木质素溶液与沉淀剂的混合质量至少为90％，并且实现了木质素颗粒沉淀，从而形成木质素颗粒悬浮液，其特征在于在混合装置中的停留时间不超过30秒。

技术领域

本发明涉及通过向无颗粒的含木质素溶液中加入沉淀剂来生产木质素颗粒的方法。

背景技术

木质素是由嵌入植物细胞壁中的酚类大分子组成的固态生物聚合物。在植物中，木质素主要负责植物组织的强度。在由植物材料生产纤维素或纸的过程中，通过各种方法(例如亚硫酸盐法、硫酸盐法、有机溶剂法)将固态细胞壁成分木质素与纤维素分离。

许多石化产品是由传统的原油加工精炼厂生产的，尽管预计在未来，许多产品和化学品将由进料木质纤维素生物质(例如农业残留物)的生物精炼厂生产。这使“废物”一词在生物质加工术语中过时了，因为任何产物流都具有转化为副产物或能源而不是废物的潜力。然而，木质素，地球上仅次于纤维素的第二大生物聚合物，在第一代纤维素项目中并未得到充分利用，并且目前大多数木质素被用作能源。然而，经济分析已经表明，在许多情况下，仅将生物质用于能源应用在经济上不可行，并且通过各种方法对所有生物质进行利用对于提高其经济价值是必要的。仅需约40％的生产的木质素即可满足生物精炼厂的内部能源需求。因此，除了碳水化合物部分的利用外，大部分所生产的木质素可用于增加生物精炼厂的收率。

木质素是一种高度不规则分支的多酚聚醚(polyphenolic polyether)，其由芳族和脂族醚键连接的一级木质素单体(primarymonolignols)、对香豆醇、松柏醇和芥子醇组成。三种不同类型的木质素可以粗略分为：软木木质素几乎完全由松柏醇组成，硬木木质素由松柏醇和芥子醇组成，草木木质素(grass lignin)由所有三种类型组成。木质素结构的高度复杂性和不均匀性在许多情况下甚至由于当前应用的预处理技术而进一步增加，并为进一步加工和利用木质素带来额外挑战。与其他预处理技术相比，在当前情况下使用的有机溶剂法从生物质中以相对纯净的低分子形式提取木质素。该木质素具有最少的碳水化合物和矿物质杂质，并促进了比生产热和能量更大价值的木质素的应用。

克服这种高度复杂性和不均匀性的一种方法是纳米结构木质素的生产和应用。纳米结构材料，特别是在1–100nm范围内的材料，由于其比表面积增加而具有独特的性能，并且其基本的化学和物理相互作用取决于表面性能。因此，与较大尺寸的具有相同组成的材料相比，纳米结构的材料可以具有明显不同的性能。因此，近年来木质素纳米颗粒和其他纳米结构的生产引起了研究人员的兴趣。

木质素纳米和微米颗粒具有多种潜在的应用，从提高聚合物纳米复合材料的机械性能、杀菌和抗氧化性能、浸渍性能，到作为疏水和亲水物质的辅料(excipient)。此外，木质素纳米结构的碳化可以带来高价值的应用，例如在用于能量储存的超级电容器上的应用。此外，首次尝试在四氢呋喃-水溶剂体系中扩大(upscale)沉淀方法。但是，迄今为止公开的大多数生产方法通常都具有很高的溶剂消耗量。在沉淀之前清洗木质素、沉淀本身以及下游过程均需要大量溶剂。

US 2014/0275501记载了降解程度低于传统分离的木质素的木质素的生产。这涉及使用包含亚临界或超临界水的流体从含木质素的生物质中萃取木质素。除水外，萃取剂还可包含例如甲醇、乙醇或丙醇，并且这种混合物包含至少80体积％的有机溶剂。通过将pH降低至约2，最终可以从含木质素的萃取溶液中沉淀出木质素。

WO 2016/197233涉及一种有机溶剂法，其可用于生产包含至少97％木质素的高纯度木质素。首先用包含乙醇和水的溶剂混合物处理含木质素的起始材料，以从起始材料中除去溶解在溶剂混合物中的化合物。然后用路易斯酸处理含木质素的材料，所述路易斯酸也存在于包含例如乙醇和水的溶剂混合物中。最后，通过降低pH，将木质素从含木质素溶液中沉淀出来。

NZ 538446涉及用于处理含木质素材料(例如木材)的方法，例如以便将活性成分引入其中。然而，没有公开生产木质素颗粒的方法。