CN106283805B - 一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法 - Google Patents

一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法 Download PDF

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Abstract

一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成1~10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用瘤胃真菌和其共生菌共培养12~48小时降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；将未降解的玉米秸秆纤维在绝氧条件下碱液蒸煮高温蒸煮，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液；将浆液在绝氧和高温条件下通过陶瓷膜浓缩过滤，过滤液提取碱后添加厌氧发酵产物中和反应后进入污水处理；浓缩木质素进入绝氧裂解反应器，在反应器内加氢反应，添加催化剂催化裂解成苯和相关副产物。

Description

一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法
技术领域
本发明涉及到一种厌氧生物预处理的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，属于生物质制备粘胶纤维综合利用技术，尤其是一种厌氧生物预处理的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法。
背景技术
利用传统进行生物质制备粘胶纤维，蒸煮液为黑褐色,红色的黑夜，是木质素降解物，半纤维素等高浓度有机废液，虽然有焚烧碱回收，制备有机肥料，黑液裂解等技术，由于成分复杂难于回收利用成本极高，使得大量木质素资源浪费，并污染环境，遇到环境污染门槛，限制了生物质的利用。
采用厌氧微生物预处理技术，降解不稳定纤维素和半纤维素，在绝氧条件蒸煮，条件降低和药品使用减少，分离出的浆液中木质素被氧化的程度较低，木质素改变较少,活性较高，绝氧条件下，较容易加氢催化裂解成苯及其他衍生物，实现生物质木质素的低成本，低污染，高效的利用。
发明内容
本发明的目的是采用生物处理及绝氧蒸煮处理工艺及膜分离技术分理处高活性木质素，并连续通过加氢催化裂解制备笨及衍生物。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：a将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成1~10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用瘤胃真菌和其共生菌共培养12~48小时降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；b将未降解的玉米秸秆纤维在绝氧条件下碱液蒸煮高温蒸煮，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液；c将浆液在绝氧和高温条件下通过陶瓷膜浓缩过滤，过滤液提取碱后添加厌氧发酵产物中和反应后进入污水处理；d浓缩木质素进入绝氧裂解反应器，在反应器内加氢反应，添加催化剂催化裂解成苯和相关副产物。
按照技术方案所述的一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤中秸秆和厌氧培养基的重量比为1:10~15，瘤胃微生物为反刍动物瘤胃内分离出的单中心体瘤胃真菌和细菌。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤b蒸煮的浆液的助剂的使用和蒸煮时间将比传统蒸煮降低20%，在于前期不稳定物质，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20%，木质素留在了浆液中。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤c浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到320℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-300mv，所述步骤d碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压送入间歇式加氢反应器内，添加催化剂，在裂解塔中裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属催化剂，常用的是第八族过渡元素，骨架镍、镍-硅藻土、铂-氧化铝、钯-氧化铝等，工作温度210~340℃之间，工作压力2~4MPa。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属氧化物催化剂，如氧化铜－亚铬酸铜、氧化铜-氧化锌、氧化铜-氧化锌-氧化铬、氧化铜-氧化锌-氧化铝等，工作温度210~340℃之间。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属硫化物催化剂，如镍－钼硫化物、钴-钼硫化物、硫化钨、硫化钼等。
按照技术方案所述一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为络合催化剂，RhCl[P(C6H5)3]3。
本发明的优点和有益效果在于：
1.选用厌氧微生物预处理的玉米秸秆，生物质中不稳定的纤维素和半纤维素被提前降解；
2.保持绝氧条件进入蒸煮过程，温度、压力和药剂使用的少，分离出的浆液中的木质素氧化的少，木质素原有活性改变的小；
3.碱液高温回收效率高，污染少；
4.绝氧条件下，加氢催化裂解，反应条件温和，容易制备活性单体，在低污染情况下，生物质中木质素得到资源化合理利用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
具体实施例1：
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养48小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:15降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20%,即NaOH为绝干重15%，Na2S为绝干重4%，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20%；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到320℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-300mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，骨架镍，催化剂含量为木质素含量2%，工作温度330℃之间，工作压力2MPa。木质素的转化率85%，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷，目标产物得率65%。
具体实施例2：
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成8毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养40小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:14降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20%,即NaOH为绝干重15%，Na2S为绝干重4%，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20%；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到300℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-280mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入间歇式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，镍－钼硫化物，催化剂含量为木质素含量4%，工作温度300℃之间，工作压力3MPa。木质素的转化率81%，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚目标产物得率60%。
具体实施例3：
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成8毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养36小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:12降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20%以下,即NaOH为绝干重14%，Na2S为绝干重4%，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20%；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到280℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-260mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为，氧化铜-氧化锌-氧化铬，催化剂含量为木质素含量5%，工作温度230℃之间，工作压力4MPa。木质素的转化率75%，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷，目标产物得率55%。
具体实施例4：
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成5毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养30小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:10降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20%,即NaOH为绝干重15%，Na2S为绝干重4%，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20%；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到300℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-280mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入间歇式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，络合催化剂，RhCl[P(C6H5)3]3，催化剂含量为木质素含量3.5%，工作温度300℃之间，工作压力3MPa。木质素的转化率,81%，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，目标产物得率68%。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成1～10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用瘤胃真菌和其共生菌共培养12～48小时降解玉米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；
b、将未降解的玉米秸秆纤维在绝氧条件下碱液蒸煮高温蒸煮，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液；
c、将浆液在绝氧和高温条件下通过陶瓷膜浓缩过滤，过滤液提取碱后添加厌氧发酵产物中和反应后进入污水处理；
d、浓缩木质素进入绝氧裂解反应器，在反应器内加氢反应，添加催化剂催化裂解成苯、甲苯单体、部分苯酚和环己烷。
2.根据权利要求1所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤a中秸秆和厌氧培养基的重量比为1:10～15，瘤胃微生物为反刍动物瘤胃内分离出的单中心体瘤胃真菌和细菌；
3.根据权利要求1所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤b蒸煮的浆液的助剂的使用和蒸煮时间将比传统蒸煮降低20％，在于前期不稳定物质，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％，木质素留在了浆液中。
4.根据权利要求1所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤c浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到320℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-300mV，所述步骤c碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理。
5.根据权利要求1所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂，催化剂含量为木质素含量0.2％～5％，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
6.根据权利要求1所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压送入间歇式加氢反应器内，添加催化剂，催化剂含量为木质素含量0.2％～5％，在裂解塔中裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚。
7.根据权利要求1，5或6中任一项所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的催化剂为金属催化剂，如骨架镍、镍-硅藻土、铂-氧化铝或钯-氧化铝，工作温度210～340℃之间，工作压力2～4MPa。
8.根据权利要求1，5或6中任一项所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的催化剂为金属氧化物催化剂，如氧化铜－亚铬酸铜、氧化铜-氧化锌、氧化铜-氧化锌-氧化铬或氧化铜-氧化锌-氧化铝，工作温度210～340℃之间。
9.根据权利要求1，5或6中任一项所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的催化剂为金属硫化物催化剂，如镍－钼硫化物、钴-钼硫化物、硫化钨或硫化钼。
10.根据权利要求1，5或6中任一项所述的玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮液中木质素的处理方法，其特征在于：所述步骤d的催化剂为络合催化剂，RhCl[P(C6H5)3]3。
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