[发明专利]一种分离回收玉米秸秆黑液中碱木质素和NaOH的方法

说明书

本发明公开了一种分离回收玉米秸秆黑液中碱木质素和NaOH的方法，将碱蒸煮处理玉米秸秆得到的黑液经离心后上样到含有微孔超高交联树脂的连续分离装置中进行吸附，以水作为洗杂剂进行洗杂，以水作为洗脱剂进行解吸，以水作为再生剂再生树脂后重复进行吸附，收集吸附后的提余液为碱木质素，收集解吸后流出液为NaOH。本发明仅使用4根色谱柱并且仅使用水作为洗杂剂、洗脱剂、再生剂即可连续生产碱木质素和NaOH两种产品。

技术领域

本发明属于生物分离技术领域，具体涉及一种利用模拟移动床技术分离回收玉米秸秆黑液中碱木质素和NaOH的工艺。

背景技术

木质素是由三种单体醇(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)组成的一种复杂的酚类高分子化合物^[1]，是无定形、交联的三维网络结构。木质素是构成植物细胞壁的主要成分之一，具有使细胞相互连接的作用^[2]。木质素具有抗氧化、降解和紫外线的能力，构成了生物质的“抗降解屏障”^[3]。目前，化石燃料的过度使用造成了环境污染和能源危机，木质素作为第二大可再生生物质，可以与化石燃料按一定比例混合，大大提高燃料利用率，减少环境污染。此外，由于木质素结构中存在许多官能团，例如烃基、酚羟基和羰基等，使其能够进行多种修饰^[4]。木质素具有高可用性，低成本，生态友好的特点，并且具有众多吸引人的功能性质，包括刚性、抗紫外线辐射、抗氧化、抗菌、高热稳定性和高碳含量。可通过各种方法将木质素并入到不同聚合物中，这使得木质素成为开发功能性复合材料的理想原料。

木质细胞壁和其他木质纤维素材料的主要化学成分由三种聚合物组成，分别是纤维素(20％～50％)，半纤维素(15％～35％)和木质素(10％～30％)，同时还存在一些较小的非结构性成分，例如矿物质(5～10％)，可溶性糖(1～10％)，脂质(1～5％)和蛋白质(3～10％)等^[5]。因此，木质素的生产方法主要是从木质素纤维素中断裂木质素-碳水化合物复合体(LCC)键分离木质素和碳水化合物(纤维素和半纤维素等)。

针对碱木质素黑液中木质素的分离，目前报道的主要方法有吸附，膜过滤，有机溶剂(或离子液体)萃取，絮凝和酸析。吸附法主要是利用活性炭等吸附剂对木质素较强的吸附能力，从黑液中去除木质素，去除率较高，但吸附在活性炭的木质素难以解吸，使得木质素回收率很低。膜过滤是利用木质素分子量较大从黑液中截留，而小分子物质透过滤膜，木质素回收率高，但滤膜易污染不利于循环使用。有机溶剂萃取是利用木质素在有机溶剂中的高溶解度而使其从黑液中转移至有机溶剂中，该法较为温和且有机溶剂易去除，但提取的木质素回收率不高且不利于环保。絮凝法是通过添加适合的絮凝剂吸附木质素颗粒，破坏木质素胶体的稳定性，从而促进聚集并沉淀，该法简单易操作，但絮凝条件受多种因素影响难以控制。酸析法是利用木质素的溶解度随pH降低而降低^[6]的性质，加酸沉淀出木质素，考虑到现实可行性和经济效益性，工业上普遍使用酸析法分离黑液中的碱木质素。

然而，在黑液中直接酸沉分离生产木质素会消耗大量的酸和产生废盐，对其废液的后处理带来极大的不便，不仅污染环境不利环保，而且增加生产成本。例如，AndrésDieste等^[7]在乌拉圭制浆厂生产的黑液中添加硫酸直接沉淀得到技术级木质素(平均木质素总量的94％)。他们使用Aspen Plus V8.6评估生产1吨木质素的成本为676美元，其中酸沉淀过程中使用的硫酸占总成本的1/3以上。因此，直接添加硫酸沉淀木质素会导致硫酸的高消耗和同时有大量废盐(Na₂SO₄)产生。

参考文献

[1]J.Zakzeski,P.C.A.Bruijnincx,A.L.Jongerius,The catalyticvalorization of lignin for the production of renewable chemicals,ChemicalReviews 110(6)(2010)3552-3599.