[发明专利]一种玉米芯酸水解残渣高值化利用的方法

说明书

本发明属于工业废弃生物质资源高值化利用的技术领域，涉及一种玉米芯酸水解残渣高值化利用的方法。该方法通过对残渣中的组分利用，将其分别转化为平台化学品乙酰丙酸和聚氨酯泡沫材料增强剂。本发明以玉米芯酸水解残渣为原料，采用补料循环水解实现高固含量、高浓度乙酰丙酸的制备，水解残渣可作为聚氨酯泡沫材料增强剂。该工艺实现了玉米芯酸水解残渣的高效转化，也为生物质资源的高值化利用提供了新方法。

技术领域

本发明属于工业废弃生物质资源转化利用技术领域，具体涉及一种玉米芯酸水解残渣高值化利用的方法。

背景技术

玉米芯作为玉米作物的副产物，主要化学组成为半纤维素35%~40%、纤维素32%~36%、木质素17%~20%及灰分1.2%~1.8%。玉米芯也是一种数量巨大的生物质资源，据统计2020年我国玉米芯产量达到0.88亿吨。玉米芯中的半纤维素经酸水解能有效转化为木糖、糠醛等产品，目前已形成了工业化生产规模。玉米芯酸水解残渣是玉米芯酸水制取木糖或糠醛后的废渣，由于大部分半纤维素已经被脱除，其纤维素含量较高，可达到40 %～70 %。然而，玉米芯酸水解残渣（木糖渣和糠醛渣）通常被作为副产物进行燃烧处理，并未得到充分高值化利用。

将玉米芯水解残渣进行高值化利用一直备受关注，如：于翔等采用碱性H₂O₂和NaClO₂两段法处理对纤维素和木质素的分离纯化进行了研究（中国造纸杂志，2016， 35（6）：38-42.），黄艳琴等对玉米芯酸水解残渣热解特性进行了研究（农业机械学报.2012,43(6)∶ 86-91.）此外，玉米芯水解残渣还可作为原料生产酒精（CN101413016），乳酸(CN102286553，活性炭（CN88101457）、腐殖酸(CN102517338)，羧甲基纤维素钠（CN102887957）等。

近年来，将玉米芯酸水解残渣转化为乙酰丙酸被认为是一种高值化利用方式。乙酰丙酸是美国能源部筛选的12种生物基平台化学品之一，具有优异的反应特性，可广泛应用于化工、医药、农药、溶剂、香料、油品添加剂和增塑剂等领域。孙岩等以固比1∶10的糠醛渣为原料，在1%硫酸，180 ℃条件下水解60 min，得到了产率9.41 wt%的乙酰丙酸（化学工程师, 2019, 33(11)∶ 4）。徐秀秀等以固液比1∶10的糠醛渣原料，在2% 硫酸、180 ℃和2 h的反应条件下乙酰丙酸的摩尔产率达到 66.6 mol%（高校化学工程学报, 2015, 29(6)∶1377-1382）。赵倩倩等采用固液比1∶20的糠醛渣水解，在6%硫酸、200 ℃下反应40 min，乙酰丙酸产率为51.9 mol%（山东工业技术, 2015 (7)∶ 265-266）。 从现有研究报道看到，所有工艺都采用了低固液比（1∶10~20）的间歇反应工艺，由于原料浓度低，反应过程不进行优化控制，造成了水解产物乙酰丙酸浓度低、原料水解效率低等不足，进一步导致原料利用率低、乙酰丙酸提取能耗大的问题，成为当前乙酰丙酸生产成本居高不下的主要限制性因素之一。此外，乙酰丙酸制备过程中所产生的水解残渣也是一种新的固体废弃物，如何对其进行利用也是需要解决的重要问题。

针对上述问题，如果能够将高固含量的玉米芯酸水解残渣高效转化为高浓度的乙酰丙酸，并实现对水解残渣的利用，将能够有效克服乙酰丙酸水解过程存在的上述不足，对降低乙酰丙酸生产成本，促进玉米芯生物质资源高值化利用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种玉米芯酸水解残渣高值化利用的方法，该方法可利用工业废弃生物质木糖渣和糠醛渣为原料制备乙酰丙酸和聚氨酯泡沫增强剂。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种玉米芯酸水解残渣高值化利用的方法，以玉米芯酸水解残渣为原料，制备高固含量、高浓度乙酰丙酸和聚氨酯泡沫增强剂；

其中，乙酰丙酸的制备方法包括以下步骤：