CN105297511A

CN105297511A - 农业废弃物中有机组分的分离方法

Info

Publication number: CN105297511A
Application number: CN201510836308.4A
Authority: CN
Inventors: 孙鲁; 付丽云; 董铭; 曲廷云; 邱学良; 李林
Original assignee: Shandong Futian Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Shandong Futian Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明提供一种农业废弃物中有机组分的分离方法，通过碱性物质和双氧水综合作用，将半纤维素、木质素提取分离出来，同时分离出纤维素，实现了多种成分的同时分离。此方法操作简单，不仅不需要预处理，大大提高了反应速度，缩短了时间，而且使三种组分分离更别彻底、纯度更高。与其它生产工艺相比，更具有先进性、开拓性，大大降低了生产成本。使得农作物废弃物质中有机分子损失、变化较少，产品无有害化学物质，提取的半纤维素和木质素结构都较稳定，破坏程度很小。

Description

农业废弃物中有机组分的分离方法

技术领域

本发明属于化工领域，特别是涉及一种农业废弃物中有机组分的分离方法。

背景技术

随着石油供需矛盾日益加剧，资源越来越紧张,许多农业废料，在我国一般被用作燃料直接燃烧掉，随着能源短缺及环境污染问题的加剧，人们开始关注一些可再生资源的利用研究，将其变废为宝。目前国内研究农业废弃物主要围绕着其组分如何提取、转化、生产有价值的工业产品，进而创造更高的经济效益。

大多数农业废弃物主要以半纤维素、木质素和纤维素组成。目前，国内外众多农业废弃物处理工艺中，单纯以化学酸碱法、物理爆破法、生物酶法、有机溶剂法等方式分离提取其中的有机组分。大多数半纤维素结构被不同程度的分解，破坏，并以含有木聚糖和单糖的液体溶液的形式存在，即使能以固体形式存在，但大部分结构已经被破坏，使得半纤维素的应用出现局限性；而木质素结构比较复杂，有些研究认为，可以通过酸沉法析出木质素，不仅污染大、耗能耗水多，对设备造成了严重的腐蚀，而且析出的多是酸不溶木质素，忽略了酸溶木质素的提取。所以，大多数操作方法污染程度不一，提取的有效成分结构破坏程度不一，造成了高成本，难以在市场上推行，使得农作物废弃物不能得到较好的利用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种农业废弃物中有机组分的分离方法，用于解决现有技术中存在的诸多问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种农业废弃物中有机组分的分离方法，包括

(1)取农业废弃物，清洗、粉碎，加入碱液和双氧水进行提取；

(2)过滤，滤渣经清洗烘干，得到纤维素成品；

(3)步骤(2)过滤得到的滤液浓缩、加入有机溶剂，产生半纤维素沉淀物，离心、过滤，滤渣清洗，干燥得半纤维素成品；

(4)步骤(2)过滤得到的滤液浓缩、干燥得碱木质素成品。

根据本发明实施方式之一，所述农业废弃物包括麦草、芦苇、玉米杆、玉米芯、稻壳、蔗渣、棉秆。

本发明中所述农业废弃物还可以包括几乎所有植物根、茎、叶部分，尤其是农作物秸秆等。

根据本发明另一实施方式，所述碱液为NaOH、KOH、Na₂CO₃、K₂CO₃、Ca(OH)₂水溶液或氨水，优选NaOH水溶液。

优选的，所述碱液的质量浓度为1-15％。

优选的，所述双氧水的质量浓度为0.5-10％。

根据本发明再一实施方式，步骤(1)中，所述农业废弃物的质量与碱液和双氧水的质量和之比为1：6-25。

根据本发明再一实施方式，步骤(1)中，在70-200℃，压力为0.3-0.9MPa条件下，保温0.5-5h进行提取。

根据本发明再一实施方式，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮中的一种，优选为乙醇。

优选的，所述有机溶剂的用量为步骤(3)所述滤液浓缩后体积的1：2-10。

优选的，步骤(3)清洗时采用所述有机溶剂进行，用量为步骤(3)所述滤液浓缩后体积的1：1-5。

本发明中通过有机溶剂析出半纤维素成品，过程中需要搅拌，并充分絮凝，不仅可以最大程度的析出半纤维素，进行提纯，还可以保持半纤维素的结构特性。同时，半纤维素的干燥采用冷冻干燥法，由于冷冻干燥在低温、低压下进行，而且水分直接升华，由于物料的干燥在冻结状态下完成，与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存。在真空冷冻干燥过程中，物料不存在表面硬化问题，且其内部形成多孔的海绵状，由于干燥过程是在很低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因此有效地抑制了半纤维素发生生物、化学或物理变化，并较好地保存了半纤维素的活性物质，以及保持了原有的色泽。进而最大程度的保护半纤维素结构不被破坏，结构中糖苷键稳定，可以长时间储存，而且耗时短，操作简单。

根据本发明再一实施方式，步骤(4)中，采用喷雾干燥器干燥，喷雾干燥器的进口温度为260-275℃，出口温度为70-85℃。

试验证明，进出口温度过高会降低设备使用周期，增加成本，温度过低使木素干燥不充分，易结块。

本发明利用碱液和双氧水结合同时提取，在碱液中，不仅双氧水可以溶出碱液无法溶解的木质素结构，使木质素整体脱除效果更好,而且一定浓度的双氧水可以帮助打开纤维之间的空隙，促使半纤维素的溶出。这样纤维的溶胀和软化效果更好，木质素和半纤维素脱除更快、效果更好。后续利用半纤维素不溶于有机溶剂的原理，将半纤维素析出，提纯。

如上所述，本发明的农业废弃物中有机组分的分离方法，具有以下有益效果：

本发明通过碱性物质和双氧水综合作用，将半纤维素、木质素提取分离出来，同时分离出纤维素，实现了多种成分的同时分离。此方法操作简单，不仅不需要预处理，大大提高了反应速度，缩短了时间，而且使三种组分分离更别彻底、纯度更高。与其它生产工艺相比，更具有先进性、开拓性，大大降低了生产成本。使得农作物废弃物质中有机分子损失、变化较少，产品无有害化学物质，提取的半纤维素和木质素结构都较稳定，破坏程度很小。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

将玉米芯清洗后粉碎，充分干燥，即将清洗后残留在原料上的水蒸发掉，取800g，放入到高温高压反应釜中，加入氢氧化钠640g，使得碱质量浓度为4％，加入双氧水80g，使得双氧水质量浓度为0.5％，加入4296g，温度达到70℃，压力达到0.3MPa，保温0.5h，减压放汽，板框进行固液分离，分离得到的固体经过清洗烘干，得到纤维素成品，干燥后为402g；固液分离出来的液体经过减压浓缩到原来体积的2/3,冷却降温到常温，以1：2的体积比例加入乙醇溶剂并搅拌，充分絮凝30min，产生半纤维素沉淀物，半纤维素沉淀物经离心过滤处理，并用1体积的乙醇溶剂进行清洗，过滤后得到的固体物经过冷冻烘干后为半纤维素成品296g，得到的所有滤液减压蒸发，回收有机溶剂，直到所有乙醇溶剂蒸干，进行喷雾干燥,控制喷雾干燥器的进口温度在260℃，出口温度在70℃，直接得到干燥的碱木质素粉成品91g。

实施例2

将玉米芯清洗后粉碎，充分干燥，即将清洗后残留在原料上的水蒸发掉，取800g，放入到高温高压反应釜中，加入氢氧化钠2133g，使得碱质量浓度为8％，加入双氧水1333g，使得双氧水质量浓度为浓度5％，加入水5573.7g，温度达到120℃，压力达到0.5MPa，保温2h，减压放汽，板框进行固液分离，分离得到的固体经过清洗烘干，得到纤维素成品，干燥后为399g；固液分离出来的液体经过减压浓缩到原来体积的1/2,冷却降温到常温，以1：6的体积比例加入乙醇溶剂并搅拌，充分絮凝60min，产生半纤维素沉淀物，半纤维素沉淀物经离心过滤处理，并用3体积的乙醇溶剂进行清洗，过滤后得到的固体物经过冷冻烘干后为半纤维素成品278g，得到的所有滤液减压蒸发，回收有机溶剂，直到所有乙醇溶剂蒸干，进行喷雾干燥,控制喷雾干燥器的入口温度在270℃，出口温度在80℃，直接得到干燥的碱木质素粉成品105g。

实施例3

将玉米芯清洗后粉碎，充分干燥，即将清洗后残留在原料上的水蒸发掉，取800g，放入到高温高压反应釜中，加入氢氧化钠10000g，使得碱质量浓度为15％，加入双氧水6666.7g，使得双氧水质量浓度为浓度10％，加入水8333g，温度达到200℃，压力达到0.9MPa，保温5h，减压放汽，板框进行固液分离，分离得到的固体经过清洗烘干，得到纤维素成品，干燥后为367g；固液分离出来的液体经过减压浓缩到原来体积的1/3,冷却降温到常温，以1：10的体积比例加入乙醇溶剂并搅拌，充分絮凝120min，产生半纤维素沉淀物，半纤维素沉淀物经离心过滤处理，并用5体积的乙醇溶剂进行清洗，过滤后得到的固体物经过冷冻烘干后为半纤维素成品304g，得到的所有滤液减压蒸发，回收有机溶剂，直到所有乙醇溶剂蒸干，进行喷雾干燥,控制喷雾干燥器的入口温度在285℃，出口温度在85℃，直接得到干燥的碱木质素粉成品119g。

以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种农业废弃物中有机组分的分离方法，其特征在于，包括

(2)过滤，滤渣经清洗烘干，得到纤维素成品；

(4)步骤(2)过滤得到的滤液浓缩、干燥得碱木质素成品。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述碱液为NaOH、KOH、Na₂CO₃、K₂CO₃、Ca(OH)₂水溶液或氨水。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述碱液为NaOH水溶液。

4.如权利要求1-3任一项所述方法，其特征在于，所述碱液的质量浓度为1-15％；所述双氧水的质量浓度为0.5-10％。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中，所述农业废弃物的质量与碱液和双氧水的质量和之比为1：6-25。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中，在70-200℃，压力为0.3-0.9MPa条件下，保温0.5-5h进行提取。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮中的一种。

8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇。

9.如权利要求1或7或8所述方法，其特征在于，所述有机溶剂的用量为步骤(3)所述滤液浓缩后体积的1：2-10。

10.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(4)中，采用喷雾干燥器干燥，喷雾干燥器的进口温度为260-275℃，出口温度为70-85℃。