CN106674538A - 一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖以及木质素的方法,属于植物资源组分利用技术领域。该方法以竹材为原料,采用γ‑戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,在相对温和的条件下处理,分离得到了纤维素、半纤维素降解糖以及木质素。本方法降低了传统分离中的环境污染问题,具有环境友好的优点;整个过程易于控制,生产成本较低,适合进行大规模生产,具有良好的工业化前景。本发明方法所得木质素最高纯度达到98%,具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,属于植物资源组分利用技术领域。
背景技术
竹属禾本科竹亚属植物,生长迅速、产量大、用途广泛,具有广泛的经济价值和生态效益。竹材广泛用于家具、建筑、造纸、材料、化工等领域。然而,目前我国对竹材资源的利用主要停留在低附加值加工方面,原料利用率低、生产技术落后,这严重制约了竹材产业的发展。
竹材主要化学成分包括纤维素、半纤维素、木质素、各种抽提物和灰分等。竹材作为一种重要的木质纤维素资源,对其主要组分(纤维素、半纤维素以及木质素)进行分离,是实现其高值化利用的一条重要途径。目前,对竹材组分的转化过程中,一般只利用其中的一种成分,其余的成分被丢弃,整个过程转化效率低,且存在副产物严重污染环境的弊端。中国发明专利CN1544223A报道了利用竹材生产再生纤维素纤维的方法,该工艺只利用纤维素,半纤维素和木质素溶解到黑液中,没有得到很好利用,存在环境污染的问题。中国发明专利CN103774478A报道了一种采用草酸强化竹材预水解的方法,主要目的是去除竹材中的半纤维素而有利于纤维素生产溶解浆,而对处理液中的降解产物利用则没有提供有效的方法。中国发明专利CN105544265A报道了一种从竹材中分离提取纤维素和木质素的方法,而对该过程中产生的半纤维素没有进行有效的利用。
发明内容
本发明的目的提出一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,该方法采用γ-戊內酯、酸和水为溶剂,以实现竹材中主要组分的有效分离。
本发明提出一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,包括以下步骤:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯的质量分数为40%~90%,酸的质量分数为0~0.5%,其余为水。所用酸为盐酸、硫酸。
(2)组分分离:以竹材为原料,加入液固比为5~20(mL/g)的溶剂A,在140~160℃条件下加热20~60min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥去除水得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相溶剂蒸发去除得到木质素。
有益效果
本发明提出的一种分离提取竹材中纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,其优点是:
(1)本发明以竹材为原料分离得到高附加值的化学品,实现了资源的有效利用,降低了传统提取过程环境污染的问题,具有环境友好的优点。
(2)本发明提出的组分分离,反应条件温和,整个过程易于控制,生产成本较低,适合进行大规模生产,具有良好的工业化前景。
(3)本发明方法所使用溶剂毒性较小,γ-戊內酯可由竹材等植物原料转化得到,所得的产品安全,可用于生物能源、生物材料等领域。
(4)本发明方法实现了纤维素、半纤维素和木质素的有效分离,所得木质素最高纯度达到98%,具有较好的应用前景。
具体实施方式
本发明提出的一种分离提取竹材中纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,包括以下步骤:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯的质量分数为40%~90%,酸的质量分数为0~0.5%,其余为水。所用酸为盐酸、硫酸。
(2)组分分离:以竹材为原料,加入液固比为5~20(mL/g)的溶剂A,在140~160℃条件下加热20~60min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥去除水得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相溶剂蒸发去除得到木质素。
下面介绍本发明方法的实施例:
实施例1:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为60%,硫酸质量分数为0.5%,其余为水。
(2)组分分离:取3g竹材为原料,加入60mL溶剂A,在160℃条件下加热30 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为41%,纯度为82%;半纤维素降解糖得率为16%;木质素得率为19%,纯度为98%。
实施例2:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为40%,盐酸质量分数为0.3%,其余为水。
(2)组分分离:取5g竹材为原料,加入50mL溶剂A,在160℃条件下加热30 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为55%,纯度为76%;半纤维素降解糖得率为19%;木质素得率为8%,纯度为85%。
实施例3:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为90%,硫酸质量分数为0.05%,其余为水。
(2)组分分离:取5g竹材为原料,加入25mL溶剂A,在150℃条件下加热20 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为65%,纯度为68%;半纤维素降解糖得率为16%;木质素得率为5%,纯度为88%。
实施例4:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为90%,盐酸质量分数为0.05%,其余为水。
(2)组分分离:取3g竹材为原料,加入30mL溶剂A,在150℃条件下加热60 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为70%,纯度为80%;半纤维素降解糖得率为18%;木质素得率为6%,纯度为89%。
实施例5:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为40%,其余为水。
(2)组分分离:取3g竹材为原料,加入15mL溶剂A,在140℃条件下加热60 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为88%,纯度为58%。
实施例6:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯质量分数为60%,盐酸质量分数为0.5%,其余为水。
(2)组分分离:取6g竹材为原料,加入36mL溶剂A,在140℃条件下加热60 min。加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液。滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素。向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层。分离两相,将水相冷冻干燥得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相中溶剂蒸发去除得到木质素。所得纤维素得率为54%,纯度为69%;半纤维素降解糖得率为19%;木质素得率为7%,纯度为92%。
Claims (2)
1.一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
(1)溶剂A的配制:配制γ-戊內酯、酸和水组成的溶剂体系,其中γ-戊內酯的质量分数为40%~90%,酸的质量分数为0~0.5%,其余为水;
(2)组分分离:以竹材为原料,加入液固比为5~20(mL/g)的溶剂A,在140~160℃条件下加热20~60min;加热结束后,将混合物过滤,收集得到滤渣和滤液;滤渣采用水洗涤,之后在105℃条件下烘干4h得到纤维素;向滤液中加入氯化钠固体直到溶液饱和,然后在超声仪中处理直到形成两相,其中水相在下层,γ-戊內酯相在上层;分离两相,将水相冷冻干燥去除水得到半纤维素降解糖,将γ-戊內酯相溶剂蒸发去除得到木质素。
2.根据权利要求1所述的一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法,其特征在于所用的酸为硫酸、盐酸。
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PB01 | Publication | ||
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