CN104631178A - 一种粗制纤维素的深度纯化方法 - Google Patents

一种粗制纤维素的深度纯化方法 Download PDF

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    • D21C5/00Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/005Treatment of cellulose-containing material with microorganisms or enzymes

Abstract

本发明公开了一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括以下步骤:粗制纤维素混合→纯化处理→生物酶失活→水洗→脱水→烘干。本发明工艺简单,处理条件温和,耗时耗能少,无化学助剂添加,可有效提高纤维素制取物中α纤维素含量高,且不会影响纤维素结构和性能。

Description

一种粗制纤维素的深度纯化方法
[0001]
技术领域: 本发明涉及一种纤维素纯化方法,特别是涉及一种粗制纤维素的深度纯化方法。
[0002]
背景技术: 纤维素是自然界中存在量最大的一类天然高分子材料,已广泛应用于制浆造纸、再生 纺织纤维、纤维素衍生物、食品、医药等工业领域。近年来,随着石化资源的日益匮乏和全球 性能源危机日益显现,可再生生物质资源已成为众多学者的研究热点,纤维素因其资源丰 富和无毒性等特征而成为清洁能源研究的重要生物质能之一。
[0003] 自然界中,纤维素主要通过物理与化学的方式与木质素、半纤维素、果胶、脂腊等 物质相结合分布在木本植物的细胞壁中,其中木质素和半纤维素含量较高,且是最难除净 的两种非纤维素物质。目前,从纤维素含量较高的棉短绒中提取的纤维素含量可达到95% 以上,而从木材、秸杆、甘蔗渣、稻草等物质中提取的粗制纤维素含量很难达到90%以上,不 能满足高档次浆柏纤维和造纸的需求,更不适合用于清洁能源的生产原料。
[0004] 物理、化学或物理化学处理基本可将原材料中的果胶、脂腊、蛋白质等非纤维素成 分除净,粗制纤维素中残留的杂质主要有木质素和半纤维素。所以,粗制纤维素的深度纯化 的目的是进一步去除木质素和半纤维素。目前,木质素和半纤维素的去除方法主要有氯化 法、酸处理、碱处理等几种,这些方法不仅需要高温条件,而且会使纤维素发生降解、氧化、 变性等方法,从而影响纤维素的应用性能和原纤结构。
[0005]
发明内容: 本发明的目的在于提供一种粗制纤维素的深度纯化方法,既能有效去除木质素和半纤 维素,且纯化后的纤维素中α -纤维素含量高,纤维素结构和性能无影响。
[0006] 为达到上述目的,本发明的技术方案是: 一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括下列步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将不同批次制取的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为I :10-20,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6-7,投入3-8g/ L的生物酶,在超声波作用下,于50-60°C之间处理60-90min,超声波频率为53kHz,功率为 100 ~180W ; (3) 生物酶失活: 将步骤(2)的纤维素纯化处理浴升温至80-9(TC处理10_20min,然后常温下水洗,脱 水,烘干。
[0007] 进一步的设置在于: 所述的粗制纤维素是经过物理法、化学法或物理-化学联合法从小麦秸杆、稻草秸杆、 竹、麻、甘蔗渣等原材料中提取的粗制品,优选采用从小麦、稻草或黄麻中提取而得的粗制 纤维素。
[0008] 所述的生物酶由组分A与组分B按I :1-5的比例配置而成,所述组分A为木质素 过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶中的一种或几种,所述组分B为木聚糖酶。
[0009] 本发明优选的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从小麦秸杆中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入6g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理80min,超声波频率为53kHz,功率为120W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :3配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :2,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理20min,然后常温水洗、脱水、烘干。
[0010] 本发明优选的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从稻草中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入4g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为100W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶、锰过氧化物酶和漆酶,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶三者的质量比为1 :1 : 2,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min,然后常温水洗、脱水、烘干。
[0011] 本发明优选的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从黄麻中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :10,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节PH值为6. 5,然后投入3g/L的 生物酶,在超声波作用下,于60°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为120W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :1,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min,然后常温水洗,脱水,烘干。
[0012] 本发明的工作原理如下: 本发明通过生物酶联合超声波对粗制纤维素进行纯化处理,同时通过对于生物酶的选 择、以及研究超声波工艺对于纤维素纯化的影响,申请人发现:生物酶具有高效性和高度专 一性,而且处理条件比较温和,但要求底物杂质含量较少。粗制纤维素成分比较简单,基本 是由纤维素、木质素和半纤维素三种成分组成,正好符合生物酶的要求。此外,超声波效应 所需温度与生物酶活性温度接近,超声波与生物酶具有协同增效作用。由此可见,采用超声 波辅助生物酶对粗制纤维素进行深度纯化,不仅可以有效提高纤维素纯度,而且不会对纤 维素造成损伤。
[0013] 本发明的有益效果如下: 通过使用本发明得到的一种粗制纤维素深度纯化方法,与现有技术相比,具有以下突 出优点和积极效果:(1)整个加工过程无需添加化学助剂,污染小;(2)本发明处理无需高 温,能耗低;(3)本发明工艺流程短,易控制,且耗时少;(4)粗制纤维素经该方法处理后,α -纤维素含量显著提高,纤维素结构与性能无损伤。(5)本发明纯化的不同批次的纤维素制 品间的α-纤维素含量差异小。
[0014] 以下结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0015]
具体实施方式: 实施例1 : 本实施例的一种粗制纤维素深度纯化方法,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从小麦秸杆中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入6g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理80min,超声波频率为53kHz,功率为120W。
[0016] 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :3配置而成,所述组分A为木质素过氧 化物酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :2,组分B为木聚糖酶。
[0017] (3)生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理20min。
[0018] (4)常温水洗、脱水、烘干。
[0019] 实施例2: 本实施例的一种粗制纤维素深度纯化方法,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从稻草中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入4g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为100W。
[0020] 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧 化物酶、锰过氧化物酶和漆酶,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶三者的质量比为1 : 1 :2,组分B为木聚糖酶。
[0021] (3)生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min。
[0022] (4 )常温水洗、脱水、烘干。
[0023] 实施例3 : 本实施例的一种粗制纤维素深度纯化方法,包括如下步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从黄麻纤维中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为I : 10,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入3g/L的 生物酶,在超声波作用下,于60°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为120W。
[0024] 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧 化物酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :1,组分B为木聚糖酶。
[0025] (3)生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min。
[0026] (4)常温水洗,脱水,烘干。
[0027] 效果检测: 将实施例1-3提取的粗制纤维素,分别对纯化前和纯化后的α -纤维素含量进行检测, 统计如表1所示。
[0028] 表1、粗制纤维素深度纯化效果
Figure CN104631178AD00071
结合表1所示,本发明的生物酶+超声波联合处理工艺,相较于传统的纤维素纯化工 艺:(1)整个加工过程无需添加化学助剂,污染小;(2)本发明处理无需高温,能耗低;(3) 本发明工艺流程短,易控制,且耗时少;(4)粗制纤维素经该方法处理后,α -纤维素含量显 著提高,纤维素结构与性能无损伤。(5)本发明纯化的不同批次的纤维素制品见的α-纤维 素含量差异小。

Claims (6)

1. 一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括下列步骤: (1) 粗制纤维素混合: 将不同批次制取的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为I :10-20,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6-7,投入3-8g/ L的生物酶,在超声波作用下,于50-60°C之间处理60-90min,超声波频率为53kHz,功率为 100 ~180W ; (3) 生物酶失活: 将步骤(2)的纤维素纯化处理浴升温至80-9(TC处理10_20min,然后常温下水洗,脱 水,烘干。
2. 根据权利要求1所述的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于:所述的粗制 纤维素是从小麦、稻草或黄麻中提取而得。
3. 根据权利要求1所述的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于:所述的生物 酶由组分A与组分B按1 :1-5的比例配置而成,所述组分A为木质素过氧化物酶、锰过氧化 物酶、漆酶中的一种或几种,所述组分B为木聚糖酶。
4. 根据权利要求1所述的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步 骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从小麦秸杆中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入6g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理80min,超声波频率为53kHz,功率为120W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :3配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :2,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理20min,然后常温水洗、脱水、烘干。
5. 根据权利要求1所述的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步 骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从稻草中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :15,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节pH值为6. 5,然后投入4g/L的 生物酶,在超声波作用下,于55°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为100W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶、锰过氧化物酶和漆酶,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶三者的质量比为1 :1 : 2,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min,然后常温水洗、脱水、烘干。
6. 根据权利要求1所述的一种粗制纤维素的深度纯化方法,其特征在于,包括如下步 骤: (1) 粗制纤维素混合: 将从黄麻中提取的不同批次的粗制纤维素进行混合; (2) 纯化处理: 调整浴比为1 :10,用醋酸钠与醋酸组成的缓冲溶液调节PH值为6. 5,然后投入3g/L的 生物酶,在超声波作用下,于60°C处理60min,超声波频率为53kHz,功率为120W ; 所述生物酶由组分A与组分B按质量比1 :2配置而成,所述组分A为木质素过氧化物 酶与漆酶,木质素过氧化物酶与漆酶的质量比为1 :1,组分B为木聚糖酶; (3) 生物酶失活: 将纤维素纯化处理浴升温至80°C处理15min,然后常温水洗,脱水,烘干。
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