CN104894185A - 一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法。该方法为：将秸秆加入水和复合生物催化剂，室温反应3-8小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥、粉碎得秸秆纤维素；然后将秸秆纤维素加入捏合机中，加入氢氧化钠、氯乙酸和复合反应催化剂，27-33℃下反应20-50分钟；反应完成后升温至57-63℃，搅拌反应40-80分钟后，出料；用甲醇溶液洗涤，离心，干燥，得到羧甲基纤维素钠。所述复合生物催化剂的组分为：儿茶酚氧化酶、葡萄糖氧化酶、碳酸钠、吐温-80和水；复合反应催化剂的组分为：硅酸钠、硫酸镁、碳酸氢钠。本发明制备的羧甲基纤维素钠的取代度可达2.0，粘度最高为80000mPa.s。
Description
技术领域
本发明涉及一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，属于生物化工技术领域。
背景技术
农作物秸秆是自然界中数量极大的可再生资源。我国每年农作物秸秆产量达7亿吨之多，但是这些资源长期未得到合理的开发，除极少量用作饲料外其余都被焚烧。这既是对天然资源的巨大浪费又造成了环境的严重污染，从根本上解决秸秆综合利用已经迫在眉睫。因此探索有效的天然植物秸秆的工业化利用途径有着十分重要的意义。纤维素醚是以天然纤维素为原料经化学改性制得的高分子聚合物，应用领域广，但其长期以来采用棉短绒为原料，价格居高不下，使其应用受到限制，若以秸秆为原料制备纤维素醚，不仅可以降低纤维素醚的成本，而且可以“变废为宝”，促进秸秆的有效利用，有利于循环经济的发展。
中国专利申请200910077124.9、201010582580.1、201310152152.9、201310372381.1等报道了从秸秆制备羧甲基纤维素的方法。上述方法制备的羧甲基纤维素钠纯度不高，取代度和粘度均不高，限制了羧甲基纤维素钠应用范围。本发明的申请人在中国专利201110090365.4中公开了一种用生物法从秸秆制备纤维素的方法。该方法具体为：将秸秆除尘、粉碎，加入反应池中，然后加水，浸泡1小时后进高浓磨磨浆；磨浆后加到反应罐中，再加入复合生物催化剂，混合均匀后，升温至60-80℃，反应1-3小时；放浆后经过筛选去除杂质后得粗浆，粗浆进低浓磨磨浆，然后经挤浆机脱水，再用疏解机进行疏解，进滚筒干燥机进行干燥，干燥后进行粉碎得秸秆纤维素。在后续研发中申请人发现，上述专利中采用的复合生物催化剂的活性不高，提取秸秆纤维素是在60-80℃下进行，而且工艺复杂。
发明内容
针对现有的工艺制备羧甲基纤维素钠存在工艺复杂且制备的羧甲基纤维素钠取代度和粘度均不高的问题，本发明提供了一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法。该方法在制备的羧甲基纤维素钠所用的复合生物催化剂和复合反应催化剂方面进行了创新，将这两种复合催化剂应用于从秸秆制备羧甲基纤维素钠，提取秸秆纤维素是在室温下进行，简化了工艺，节约能源，不但没有污染。而且相比现有的羧甲基纤维素钠制备工艺，提高了羧甲基纤维素钠的取代度和粘度。
本发明的技术方案是：一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份的组分组成：儿茶酚氧化酶(多酚氧化酶)3-6，葡萄糖氧化酶2-5，碳酸钠1-2，吐温-801-2，水60-100；
复合反应催化剂是由下述重量份的组分组成：硅酸钠40-80，硫酸镁10-50，碳酸氢钠10-50；
(2)将秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入秸杆重量3-8倍的水，再加入复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应3-8小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥、粉碎得秸杆纤维素；所述复合生物催化剂的加入量为：每100重量份秸杆加入0.05-0.10重量份的复合生物催化剂；
(3)将秸秆纤维素加入捏合机中，加入氢氧化钠、氯乙酸和复合反应催化剂，27-33℃(优选30℃)下反应20-50分钟；反应完成后升温至57-63℃(优选60℃)，搅拌反应40-80分钟后，出料，用70-85wt％的甲醇溶液洗涤，离心，干燥，得到羧甲基纤维素钠；所述每100重量份秸秆纤维素中加入50-100重量份固体氢氧化钠(用水配成40wt％的溶液)，60-120重量份的氯乙酸，0.1-0.6重量份的复合反应催化剂。
本发明有益效果是：
(1)本发明采用特殊的复合生物催化剂和复合反应催化剂从秸秆制备羧甲基纤维素钠，比现有工艺生产的产品性能更优良，取代度和粘度均提高，现有工艺取代度最高为1.8，本发明取代度可达2.0；现有工艺粘度最高为60000mPa.s，本发明粘度最高为80000mPa.s；
(2)本发明的复合生物催化剂活性高，提取秸秆纤维素是在室温下进行(现有工艺是在60-80℃下进行)，比现有工艺简化了操作步骤(省去了两次磨浆及疏解等工艺步骤)，又不产生环境污染，同时节约能源，比现有工艺节煤80％，节电70％。
具体实施方式
结合实例对本发明更进一步说明：
实施例1：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂的制备：复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶3，葡萄糖氧化酶2，碳酸钠1，吐温-801，水60；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂的制备：复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠40，硫酸镁10，碳酸氢钠10，混合均匀，即得；
(2)将100公斤玉米秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入500公斤水，再0.05公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得40公斤玉米秸杆纤维素；
(3)将30公斤玉米秸秆纤维素加入捏合机中，加入15公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，30公斤氯乙酸，0.03公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温至60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到50公斤羧甲基纤维素钠。粘度为70000mPa.s，取代度为1.85。
实施例2：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶6，葡萄糖氧化酶5，碳酸钠2，吐温-802，水100；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠80，硫酸镁50，碳酸氢钠50，混合均匀，即得；
(2)将200公斤甘蔗渣除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入1000公斤水，再0.2公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得110公斤甘蔗渣纤维素；
(2)将110公斤甘蔗渣秸秆纤维素加入捏合机中，加入110公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，120公斤氯乙酸，0.66公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到260公斤羧甲基纤维素钠；粘度为80000mPa.s，取代度为2.0。
实施例3：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶4，葡萄糖氧化酶3，碳酸钠1.5，吐温-801.5，水80；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠65，硫酸镁25，碳酸氢钠30，混合均匀，即得；
(2)将300公斤稻草秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入1500公斤水，再0.18公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得160公斤稻草秸杆纤维素；
(3)将160公斤稻草秸秆纤维素加入捏合机中，加入128公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，160公斤氯乙酸，0.64公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到360公斤羧甲基纤维素钠。粘度为70000mPa.s，取代度为1.9。
实施例4：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶5，葡萄糖氧化酶4，碳酸钠1，吐温-802，水70；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠50，硫酸镁20，碳酸氢钠30，混合均匀，即得；
(2)将50公斤小麦秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入250公斤水，再0.05公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得25公斤小麦秸杆纤维素；
(3)将20公斤小麦秸秆纤维素加入捏合机中，加入16公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，20公斤氯乙酸，0.12公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到42公斤羧甲基纤维素钠。粘度为75000mPa.s，取代度为1.9。
实施例5：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶4，葡萄糖氧化酶4，碳酸钠2，吐温-801，水80；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠70，硫酸镁30，碳酸氢钠25，混合均匀，即得；
(2)将150公斤棉杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入750公斤水，再0.11公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得80公斤棉杆纤维素；
(3)将80公斤棉秆纤维素加入捏合机中，加入72公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，80公斤氯乙酸，0.48公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到150公斤羧甲基纤维素钠。粘度为80000mPa.s，取代度为2.0。
实施例6：
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂的制备：复合生物催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：儿茶酚氧化酶3，葡萄糖氧化酶3，碳酸钠2，吐温-802，水90；按照重量份数混合均匀，室温用水溶解，即得；
复合反应催化剂是由下述重量份数的原料混合组成的：硅酸钠65，硫酸镁35，碳酸氢钠45，混合均匀，即得；
(2)将250公斤玉米秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，然后加入1250公斤水，再0.2公斤复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应4小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥后进行粉碎得120公斤玉米秸杆纤维素；
(3)将120公斤玉米秸秆纤维素加入捏合机中，加入80公斤固体氢氧化钠(用水配成40％的溶液)，120公斤氯乙酸，0.48公斤复合反应催化剂，30℃反应30分钟；加完后升温60℃反应，搅拌反应1小时，出料，用80％的甲醇洗涤，离心，干燥，得到240公斤羧甲基纤维素钠。粘度为75000mPa.s，取代度为1.9。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域的技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，
(1)配制复合生物催化剂和复合反应催化剂
复合生物催化剂是由下述重量份的组分组成：儿茶酚氧化酶3-6，葡萄糖氧化酶2-5，碳酸钠1-2，吐温-801-2，水60-100；
复合反应催化剂是由下述重量份的组分组成：硅酸钠40-80，硫酸镁10-50，碳酸氢钠10-50；
(2)将秸杆除尘、粉碎，加入反应罐中，加入水，再加入复合生物催化剂，搅拌混合均匀后，室温反应3-8小时；放浆后经过筛选去除杂质，再经挤浆机脱水，干燥、粉碎得秸杆纤维素；所述复合生物催化剂的加入量为：每100重量份秸杆加入0.05-0.10重量份的复合生物催化剂；
(3)将秸秆纤维素加入捏合机中，加入氢氧化钠、氯乙酸和复合反应催化剂，27-33℃下反应20-50分钟；反应完成后升温至57-63℃，搅拌反应40-80分钟后，出料；用浓度为70-85wt％的甲醇溶液洗涤，离心，干燥，得到羧甲基纤维素钠；所述每100重量份秸秆纤维素中加入50-100重量份氢氧化钠，60-120重量份的氯乙酸，0.1-0.6重量份的复合反应催化剂。
2.如权利要求1所述的一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，所述步骤(2)水的加入量是秸杆重量3-8倍。
3.如权利要求1所述的一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，所述步骤(3)的氢氧化钠使用时用水配制成浓度为40wt％的溶液。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，所述步骤(3)加入氢氧化钠、氯乙酸和复合反应催化剂后30℃下进行反应。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的一种从秸秆制备羧甲基纤维素钠的方法，其特性是，所述步骤(3)反应完成后升温至60℃反应。
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