CN101279722A - 一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及萃取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及萃取方法。所述的萃取液由胺类萃取剂、稀释剂和相调节剂组成。植物纤维原料的硫酸水解液与萃取液充分接触，得到含少量硫酸的糖液和含大量硫酸的萃取液，含大量硫酸的萃取液与反萃剂氨水或水充分接触，得到含少量硫酸的萃取液和硫酸铵溶液或硫酸溶液，萃取液和硫酸溶液可循环使用，硫酸铵则可以作为肥料。利用本发明可以非常简单而且经济地把植物纤维原料硫酸水解液中的硫酸萃取回收，特别对常压下用浓度较高的稀硫酸水解半纤维素时回收硫酸更具有应用意义，因为不用投资耐酸耐压的蒸煮锅。本发明也适用于用盐酸等无机酸作植物纤维原料水解催化剂时酸的萃取回收。

Description

一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及萃取方法

所属领域

本发明属于生物化工领域，具体地讲是一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及利用该萃取液萃取植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的方法。

背景技术

利用可再生资源纤维素来生产液体燃料和化工产品，可以有效地缓解石油等化石能源日渐枯竭的问题。利用植物纤维原料来生产液体燃料和化工产品，是把半纤维素和纤维素水解成糖类，如寡糖或单糖，然后再用微生物发酵来生产液体燃料和化工产品。常用的把半纤维素和纤维素水解成糖的方法主要有稀酸法、浓酸法、酶法，其中硫酸水解法是一种常用的方法。但硫酸水解法遇到了经济地回收硫酸的问题。

美国专利US5562777用强酸性离子交换树脂吸附水解液中的糖并分离回收酸，但由于离子交换树脂的吸附容量很低(2meq/g)而无实用性；美国专利US4608245用C4～C7链烷醇如庚醇做第一萃取剂进行第一次萃取，得到富含葡萄糖的萃余液和富含硫酸和第一萃取剂的第一次萃取液，再用苯、CCl4、甲苯等做第二萃取剂对富含硫酸和第一萃取剂的第一次萃取液作第二次萃取，得到只含水和硫酸的萃余液和只含第一和第二萃取剂的萃取液，用减压蒸馏的方法把第一和第二萃取剂分离开来，则回收的硫酸、第一和第二萃取剂均可循环再用，用石灰中和糖液中的少量硫酸，过滤后得到不含硫酸的糖液，但该法同样由于减压蒸馏的能耗过高而无实用性；中国专利申请200710030293.8公开了一种植物纤维素原料浓酸水解液中硫酸的回收方法，该法利用有机溶剂沉淀寡糖的方法很好地解决了浓酸水解液中硫酸经济地回收的问题，但该法主要用于浓硫酸水解的情况，不适用于稀硫酸水解的情况，因为稀硫酸条件下生成的是单糖而不是寡糖。

发明内容

为了克服上述的不足，本发明提供了一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及萃取方法。

本发明提供的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，由胺类萃取剂、稀释剂和相调节剂组成。

所述的胺类萃取剂为难溶于水的伯胺、仲胺、叔胺，优选叔胺，它们是萃取液中起萃取作用的成分。胺类萃取剂能与植物纤维原料硫酸水解液中的硫酸选择性结合，但不会与水解液中的糖结合，从而把硫酸从水相转入有机相而与糖液分离；另外，胺类萃取剂还能与植物纤维原料硫酸水解过程中生成的发酵抑制物如醋酸、木素分解产生的酚类化合物选择性结合，也把这些化合物从糖液中分离除去，起到为水解液脱毒的作用。

所述的稀释剂为煤油、磺化煤油、苯、二甲苯等难溶于水而又能与胺类萃取剂相溶的有机溶剂，优选磺化煤油。由于胺类萃取剂的黏度很高，所以需要加入稀释剂进行稀释才能用于实际的萃取过程。

所述的相调节剂为难溶于水的具有消泡剂活性的而又能与胺类萃取剂及稀释剂相溶的有机溶剂，常用高碳醇，如辛醇、仲辛醇，还有磷酸三丁酯等。由于萃取过程中为了萃取液与水解液充分接触而需要搅拌，而胺类萃取剂具有表面活性，在搅拌下有形成第三相即微胶团的能力，第三相的形成会导致水相与有机相的分离不良，最终影响整个萃取过程，而相调节剂则能阻止第三相的形成。

所述的萃取液的各组分的含量据胺类萃取剂和相调节剂的性质而定，胺类萃取剂的黏度大小决定稀释剂的用量，黏度越大则需加入的稀释剂越多；胺类萃取剂形成第三相的能力大小决定相调节剂即高碳醇的用量，形成第三相的能力越大则需加入的高碳醇越多；高碳醇抑制第三相形成的能力越强，其加入量则可以减少。

所述的萃取液的优选配方为：40wt％三异辛胺，35wt％磺化煤油，25wt％仲辛醇。本发明提供的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取方法，包括如下步骤：

(1)植物纤维原料硫酸水解液与上述萃取液充分接触，硫酸从水相被萃取到有机相。可以通过搅拌达到充分接触的目的；该萃取过程是放热过程，在室温下完成对萃取过程有利；优选逆流萃取来完成萃取过程。

(2)分离水相和有机相，得到含少量硫酸的水解液和含大量硫酸的萃取液。

(3)含大量硫酸的萃取液与反萃剂氨水或水充分接触，硫酸进入反萃剂氨水或水中。当用水作为反萃剂时，其水相/有机相的分配比随温度的升高而增大，因此加热有利于反萃取的进行，但一般不高于水与萃取液的沸点，优选温度为45℃～95℃。

(4)分离水相和有机相，得到含少量硫酸的萃取液和硫酸铵溶液或硫酸溶液。

(5)含少量硫酸的萃取液和硫酸溶液均可循环使用，而与氨水反应形成的硫酸铵则可以作为肥料。

本发明所述的萃取液和萃取方法同样适用于用盐酸等无机酸作植物纤维原料水解催化剂时这些无机酸的萃取回收。

利用本发明的萃取液及萃取方法，可以非常简单地把植物纤维原料硫酸水解液中的硫酸萃取出来，得到含酸很少的糖液，而萃取出来的硫酸可以循环使用或者形成硫酸铵而作为肥料使用，避免了目前把水解液中的硫酸中和掉而导致的成本增加。由于本发明萃取出来的硫酸溶液浓度一般不高于15％，因此对植物纤维原料的稀酸水解液中硫酸的萃取更具经济性，因为萃取所得的硫酸基本无须提浓或稍为提浓就可以循环使用。本发明特别对常压下用浓度较高的稀硫酸水解半纤维素时回收硫酸更具有应用意义，因为不用投资耐酸耐压的蒸煮锅。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

植物纤维原料为玉米芯，利用硫酸水解半纤维素制备木糖，水解反应在98℃下进行，硫酸浓度为5.8％，反应130min后得到水解液和纤维素渣。萃取液的组成为：胺类萃取剂N₂₃₅的浓度为1.05M，其余为稀释剂煤油和相调节剂磷酸三丁酯，煤油和磷酸三丁酯的体积比为4∶5。温度为25℃，水解液用萃取液进行间断的6级逆流萃取，液比(有机相/水相)为2，得到含硫酸的萃取液和含很少硫酸的糖液；含硫酸的萃取液用浓氨水做反萃剂进行间断的5级逆流反萃取，液比(有机相/水相)为2，得到含少量硫酸的萃取液可以重复使用，得到的硫酸铵则做肥料。

实施例2

植物纤维原料为玉米秸秆，切成2厘米长，利用硫酸水解半纤维素制备戊糖，水解温度为75℃，硫酸浓度为14.5％，时间为120min，得到含硫酸的糖液和木素渣。萃取液的配方为：40％三异辛胺，35％磺化煤油，25％仲辛醇。温度为20℃，水解液用萃取液进行间断的8级逆流萃取，液比(有机相/水相)为2，得到含硫酸的萃取液和含很少硫酸的糖液，硫酸的萃取率约92％；把温度升到60℃，含硫酸的萃取液用水做反萃剂进行间断的6级逆流反萃取，液比(有机相/水相)为1.5，硫酸的萃取率约99％，得到的含少量硫酸的萃取液和浓度约为11％的硫酸溶液均可以重复使用。

Claims (10)

1.一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：由胺类萃取剂、稀释剂和相调节剂组成。

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的胺类萃取剂为难溶于水的伯胺、仲胺、叔胺。

3.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的胺类萃取剂优选叔胺。

4.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的稀释剂为煤油、磺化煤油、苯、二甲苯等难溶于水而又能与胺类萃取剂相溶的有机溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的相调节剂为难溶于水的具有消泡剂活性的而又能与胺类萃取剂及稀释剂相溶的有机溶剂，常用高碳醇，如辛醇、仲辛醇。

6.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的萃取液的各组分的含量据胺类萃取剂和相调节剂的性质而定。

7.根据权利要求1所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液，其特征在于：所述的萃取液的优选配方为：40wt％三异辛胺，35wt％磺化煤油，25wt％仲辛醇。

8.一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取方法，其特征在于：包括如下步骤

(1)在室温下植物纤维原料硫酸水解液与权利要求1所述的萃取液充分接触，硫酸从水相被萃取到有机相；

(2)分离水相和有机相，得到含少量硫酸的水解液和含大量硫酸的萃取液。

(3)含大量硫酸的萃取液与反萃剂氨水或水充分接触，硫酸进入反萃剂氨水或水中；

(4)分离水相和有机相，得到含少量硫酸的萃取液和硫酸铵溶液或硫酸溶液；

(5)含少量硫酸的萃取液和硫酸溶液循环使用，而与氨水反应形成的硫酸铵则可以作为肥料。

9.根据权利要求8所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取方法，其特征在于：当用水作为反萃剂时，反萃取温度为45℃～95℃。

10.根据权利要求1和8所述的一种植物纤维原料硫酸水解液中硫酸的萃取液及萃取方法，其特征在于：所述的萃取液和萃取方法同样适用于用盐酸等无机酸作植物纤维原料水解催化剂时这些无机酸的萃取回收。