CN102660885A

CN102660885A - 一种利用木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法

Info

Publication number: CN102660885A
Application number: CN2012101496490A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 贺芹
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明公开了一种利用木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法。本发明利用生物法处理纤维原料，可有效去除纤维原料中的短纤维组分，富集长纤维，最终得到纤维细胞面积含量大于90%的优质长纤维。该发明实现了基于木质纤维素的高性能长纤维的制备，同时实现短纤维的高效、有效利用。

Description

一种利用木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种高性能长纤维的制备方法，特别涉及一种木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法。

背景技术

我国拥有丰富的木质纤维素资源，以农作物秸秆为例，据《全国农作物秸秆资源调查与评价报告》显示，我国农作物秸秆可收集资源量接近7亿吨，农作物秸秆中含有30%以上的纤维素组分，可作为潜在的、广泛来源的高性能长纤维原料来源。

纤维尤其是优质长纤维是造纸、纺织工业的重要原料，目前相关行业主要利用木浆和棉浆制备纤维，但是受耕地资源限制，原料供求矛盾突出，原料的缺乏对行业发展形成制约。因而利用来源广泛的农作物秸秆制备纤维原料对于行业的发展和原料替代意义重大。

但是造纸工业、纺织工业等利用植物纤维原料中的纤维细胞部分主要是长纤维部分，而杂细胞、细小纤维部分（即短纤维部分）使产品的质量下降，品位降低。尤其是秸秆类木质纤维素存在纤维短小、不均匀性突出、纤维含量少，杂细胞多的特点。因而需预先将纤维原料的长纤维与短纤维分离。

目前，研究报道的关于长纤维与短纤维分离方法主要有纤维的水力疏解分级，采用大量的水(物料浓度0.05-0.1%)将纤维疏解，重复多次，分别收集上浮的短纤维以及下沉的长纤维，该工艺产生大量废水，不利于工业化生产。专利201110233853.6与201020556882.7发明了通过重力和离心力梳分长短纤维的装备，但是均需要专门机械，并且能耗较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法。本发明利用生物法处理纤维原料，通过发酵法去除纤维原料中的短纤维部分，富集长纤维，最终得到纤维细胞面积含量大于90%的优质长纤维。该发明实现了基于农作物秸秆的高性能长纤维的制备，同时实现短纤维的高效、有效利用。该方法不需要特定设备与能耗投入，并且提高了发酵性能。

本发明的技术方案如下：

将木质纤维素预处理得到富含纤维组分的预处理纤维原料，发酵法处理纤维原料，短纤维优先发酵；长纤维得到富集，最终获得纤维细胞面积含量大于90%的优质长纤维。

所述的木质纤维素包括但不局限于小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大麻、棉秆、菠萝叶、皇竹草中的一种或多种；优选玉米秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。

所述的预处理方法包括但不局限于碱处理、机械粉碎、蒸汽爆破、微波处理、超声波处理、辐射处理、冷冻处理、纤维素溶剂处理、有机溶剂处理、稀酸预处理、氧化处理、超临界萃取处理中的一种或多种方式的组合，最终达到去除秸秆中半纤维素与木质素组分的目的。

所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的发酵方式为吸附载体发酵，预处理木质纤维素为固体载体，添加包含碳源、氮源和营养盐的营养液作为液体培养基，发酵类型包括但不局限于乙醇发酵、丙酮丁醇发酵、2,3-丁二醇发酵、木糖醇发酵，载体与发酵液质量比为1∶3～1∶20。

所述的发酵过程中添加纤维素酶，添加量为5～15FPA/g载体，短纤维酶解制备的单糖可被微生物利用。

所述的高性能纤维产物分离采用挤压机挤压得到固形物，并用清水清洗，得到的固体物质即为生物法富集的高性能长纤维。

本发明的有益效果在于：

1、本发明公开的一种生物法制备高性能长纤维的方法，通过发酵法去除纤维原料中的短纤维，富集长纤维，是一种清洁、高效的制备高性能长纤维的方法。

2、本发明公开的一种生物法制备高性能长纤维的方法，纤维原料中的短纤维部分被微生物酶解利用，发酵性能得以提高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

将小麦秸秆切至3～20cm，置于汽爆罐中，在1.2MPa维持5min进行汽爆处理，然后用NaOH浸泡物料，水洗至中性后，加入丙酮丁醇发酵培养基中，载体与发酵液质量比为1∶16，接种Clostridium acetobutylicum ATCC 824，然后加入纤维素酶进行发酵，纤维素酶添加量为8FPA/g载体。发酵结束后，纤维细胞含量提高到93%，且发酵后丙酮丁醇溶剂产量比液体发酵对照试验提高了53%。

实施例2

将玉米秸秆切至3～7cm，用1%硫酸于121℃酸处理，水洗至中性后，加入乙醇发酵培养基中，载体与发酵液质量比为1∶5，接种乙醇发酵菌株，同时加入纤维素酶进行发酵，纤维素酶添加量为12FPA/g载体。发酵结束后，纤维细胞含量提高到90%，发酵后乙醇产量比液体发酵对照试验提高了65%。

实施例3

将切碎、脱胶的菠萝叶加入2,3-丁二醇发酵培养基中，载体与发酵液质量比为1∶12，接种后加入纤维素酶发酵，纤维素酶添加量为15FPA/g载体。发酵结束后，纤维细胞含量提高到92%，发酵后2,3-丁二醇产量比液体发酵对照试验提高了47%。

实施例4

将粉碎、过氧乙酸处理的棉秸秆加入木糖醇发酵培养基中，载体与发酵液质量比为1∶10，接种后加入纤维素酶发酵，纤维素酶添加量为12FPA/g载体。发酵结束后，纤维细胞含量提高到90%，发酵后木糖醇产量比液体发酵对照试验提高了35%。

Claims

1.一种木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，将木质纤维素预处理得到富含纤维组分的预处理纤维原料，发酵法处理纤维原料，短纤维优先发酵；长纤维得到富集，最终获得纤维细胞面积含量大于90%的优质长纤维。

2.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的木质纤维素包括但不局限于小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大麻、棉秆、菠萝叶、皇竹草中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的木质纤维素包括但不局限于玉米秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的预处理方法包括但不局限于碱处理、机械粉碎、蒸汽爆破、微波处理、超声波处理、辐射处理、冷冻处理、纤维素溶剂处理、有机溶剂处理、稀酸预处理、氧化处理、超临界萃取处理中的一种或多种方式的组合，最终达到去除秸秆中半纤维素与木质素组分的目的。

5.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的发酵方式为吸附载体发酵，预处理木质纤维素为固体载体，添加包含碳源、氮源和营养盐的营养液作为液体培养基，发酵类型包括但不局限于乙醇发酵、丙酮丁醇发酵、2,3-丁二醇发酵、木糖醇发酵，载体与发酵液质量比为1∶3～1∶20。

6.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的发酵过程中添加纤维素酶，添加量为5～15FPA/g载体，短纤维酶解制备的单糖可被微生物利用。

7.根据权利要求1所述的木质纤维素生物法制备高性能长纤维的方法，其特征在于所述的高性能纤维产物分离采用挤压机挤压得到固形物，并用清水清洗，得到的固体物质即为生物法富集的高性能长纤维。