CN107574701A - 一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，由下述步骤组成：将玉米芯粉碎过60目筛，用苯醇溶液抽提以除去脂溶性色素；加入混合溶剂，将反应容器置于60‑90℃的恒温加热磁力搅拌器中，开启磁力搅拌及冷凝装置，反应2‑6h；反应结束后，迅速冷却，减压抽滤，滤液经旋转蒸发仪浓缩，调节pH为5.5‑6，加入乙醇，离心，冷冻干燥，最终得半纤维素，纯度最高达96.7％。本发明科学合理、所需设备简单，有效地去除了玉米芯中木质素，成功提取出大量高纯度半纤维素产品，显著改善了玉米芯半纤维素的品质，实现了玉米芯的高效处理，经济和社会效益显著。

Description

一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法

技术领域

本发明涉及生物质炼制工程技术领域，具体涉及一种从玉米芯中制备高纯度半纤维素的方法。

背景技术

随着人们对石油、煤炭等不可再生资源日益紧缺状况认识的加深，可再生资源的开发与利用已是人们共同关注的问题，由农林废弃物转化为新能源、新材料、药物以及化工原料已成为一种十分重要的研究新方向。农林生物质资源主要包括纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)和木质素(lignin)，其中半纤维素是植物纤维细胞壁的主要成分之一，大量的存在于植物原料中，其含量仅次于纤维素，是一种可再生的资源，具有良好的生物相容性和可生物降解性，在医药、化工、材料等多个领域都具有十分重要的用途。

中国是农业生产大国，玉米是一种非常常见的农作物，其种植面积大、生长周期短、产量高，在加工过程中产生的大量的玉米芯废弃物是一种取之不尽、用之不竭的可再生生物质资源，是制备半纤维素的重要原料，良好的经济利用价值。据相关资料报道每年玉米芯产量都高达0.4亿吨，但是目前利用率仅为10％～15％，绝大部分被就地燃烧，带来了巨大的资源浪费和环境污染等问题，成为全世界所关注的问题。其中，玉米芯中半纤维素的含量高达30％，因此选用玉米芯作为制备半纤维素的原料，不仅原材料廉价易得，而且半纤维素的产率也高，具有十分重要的应用前景。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，该法打破了木质素对半纤维素的结构束缚，有效地缩短了提取时间、节约了成本，提高了半纤维素的提取分离效率，从而得到了大量高纯度的半纤维素产品。

技术方案：一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，用混合溶剂法来提取玉米芯中的半纤维素，具体方法为：向脱脂后的玉米芯粉末中加入混合溶剂，恒温加热搅拌反应，反应结束后，冷却至室温，过滤，得到半纤维素提取液，调节pH值弱酸性，醇沉，冻干，最终得到半纤维素；

其中，所述混合溶剂是指氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇混合而成，恒温槽温度为50-90℃，处理时间2-6h，料液比1:10-30g/mL。

所述的玉米芯粉末为新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干粉碎后得到，粒径≤60目。

所述的脱脂主要采用甲苯和乙醇混合液对玉米芯进行抽提，以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。

所述pH值为5.5-6。

所述混合溶剂中氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇的体积比为2-0.5:1。

反应温度为50-90℃。

反应时间为2-6h。

所述氢氧化钠溶液的质量分数为3％-8％。

所述脱脂后的玉米芯粉末与混合溶剂的料液比为1:10-30g/mL。

所述醇沉过程是指向滤液中加入乙醇溶液，在室温下静置过夜，离心，得到沉淀。

有益效果：

(1)采用玉米芯为原料，充分合理地利用了我国丰富的玉米资源优势，既为半纤维素的提取提供了廉价且来源丰富的原料，同时还为玉米芯废弃物资源的再利用提供了可行的方案，提高了生物质资源利用效率，具有极其深远的社会意义和经济价值。

(2)本发明直接采用混合溶剂法提取半纤维素，在所设定浓度范围内，混合溶剂可以最大限度的溶解半纤维素，可有效地防止半纤维素产品的损失。提取后调节pH值即可得到高纯度的半纤维素(半纤维素≥95％)，具有广阔的应用前景。混合溶剂法提取半纤维素是在较温和的条件下进行，该过程聚木糖主链末端的剥皮反应速度较慢，因此可以得到聚合度高、纯度高的聚木糖，有利于后续端基改性。

(3)本发明所以设备简单、工艺简便、条件温和、实用性强，且不会造成附加的环境危害，实现了玉米芯的高效利用，提高了生物质资源利用效率，减少了资源浪费，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为制取高纯度玉米芯半纤维素工艺流程图。

图2为制取高纯度玉米芯半纤维素FT-IR光谱图。

具体实施方式

为了更好的验证本发明实际应用效果，下面结合具体实例来进一步说明。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明实施例中所用到的原料、试剂均为常规的化学产品，均能通过商业渠道购买得到。

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，步骤如下：

(1)对玉米芯进行预处理：向玉米芯粉末中加入苯醇混合液抽提6h，以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。

(2)半纤维素的提取：用混合溶剂法来提取玉米芯中的半纤维素，向脱脂后的玉米芯粉末中加入混合溶剂，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。反应结束后，冷却至室温，过滤，得到半纤维素提取液，用浓盐酸调节pH为5.5-6，醇沉，离心，冻干，最终得到高纯度半纤维素；

步骤(1)中，所述苯醇混合液为甲苯和乙醇按照2:1(v：v)的比例混合。

步骤(2)中，所述混合溶剂为氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇的混合物。

步骤(2)中，所述混合溶剂中氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇的体积比为2:1-0.5:1。

步骤(2)中，所述氢氧化钠的质量分数为3％-8％。

步骤(2)中，所述脱脂玉米芯与混合溶剂加入量的比为1:10-30(g:mL)，最佳为1∶20g/mL。

步骤(2)中，所述恒温槽温度为50-90℃，最佳为60℃。

步骤(2)中，所述碱处理时间为2-6h，最佳为4h。

步骤(2)中，所述醇沉过程是指向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，在室温下静置过夜，在8000r/min下离心，得到沉淀，并用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5-6.0)洗涤，冻干，最终得到高纯度半纤维素。

实施例1：一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法

(1)选择新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干。用植物粉碎机粉碎，过筛后收集60目的玉米芯粉末为原料。

(2)将所得玉米芯粉末用苯-醇混合液(甲苯：乙醇v/v＝2:1，)抽提6小时以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。玉米芯粉末和苯-醇混合液的加入量比为1：15(g:ml)。脱脂后的玉米芯粉末按照固液比1:25(g:ml)加入去离子水洗涤，真空抽滤，所得玉米芯粉末真空干燥，密封储存备用。

(3)准确称取10g经预处理后的玉米芯粉末，加入由NaOH溶液和无水乙醇按照体积比为1:1配置的混合溶剂200ml，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。加热至60℃，保温搅拌处理4小时。反应结束后，冷却至室温，真空抽滤，并用去离子水洗涤沉淀，得到半纤维素提取液。用浓盐酸调节pH为5.5～6，向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，静置过夜，沉淀出半纤维素。用高速离心机，离心分离(8000r/min，10min)，沉淀再用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5～6.0)洗涤、冻干，最终得到高纯度半纤维素。经测定，本实施例中，分离出来的半纤维素产率为86.55％，产品纯度为96.7％。

实施例2：一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法

(1)选择新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干。用植物粉碎机粉碎，过筛后收集60目的玉米芯粉末为原料。

(2)将所得玉米芯粉末用苯-醇混合液(甲苯：乙醇v/v＝2:1，)抽提6小时以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。玉米芯粉末和苯-醇混合液的加入量比为1：15(g:ml)。脱脂后的玉米芯粉末按照固液比1:25(g:ml)加入去离子水洗涤，真空抽滤，所得玉米芯粉末真空干燥，密封储存备用。

(3)准确称取10g经预处理后的玉米芯粉末，加入NaOH溶液和丁醇按照体积比为1:1配置的混合溶剂200ml，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。加热至60℃，保温搅拌处理4小时。反应结束后，冷却至室温，真空抽滤，并用去离子水洗涤沉淀，得到半纤维素提取液。用浓盐酸调节pH为5.5-6，向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，静置过夜，沉淀出半纤维素。用高速离心机，离心分离(8000r/min，10min)，沉淀再用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5-6.0)洗涤、冻干，最终得到高纯度半纤维素。经测定，本实施例中，分离出来的半纤维素产率为84.3％，产品纯度纯度为94.8％。

实施例3：一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法

(1)选择新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干。用植物粉碎机粉碎，过筛后收集60目的玉米芯粉末为原料。

(2)将所得玉米芯粉末用苯-醇混合液(甲苯：乙醇v/v＝2:1，)抽提6小时以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。玉米芯粉末和苯-醇混合液的加入量比为1：15(g:ml)。脱脂后的玉米芯粉末按照固液比1:25(g:ml)加入去离子水洗涤，真空抽滤，所得玉米芯粉末真空干燥，密封储存备用。

(3)准确称取10g经预处理后的玉米芯粉末，加入5％质量百分比浓度的NaOH溶液和丁醇按照体积比为1:1配置的混合溶剂200ml，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。加热至80℃，保温搅拌处理4小时。反应结束后，冷却至室温，真空抽滤，并用去离子水洗涤沉淀，得到半纤维素提取液。用浓盐酸调节pH为5.5～6，向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，静置过夜，沉淀出半纤维素。用高速离心机，离心分离(8000r/min，10min)，沉淀再用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5-6.0)洗涤、冻干，最终得到高纯度半纤维素。经测定，本实施例中，分离出来的半纤维素产率为85.7％，产品纯度纯度为92.6％。

实施例4：一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法

(1)选择新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干。用植物粉碎机粉碎，过筛后收集60目的玉米芯粉末为原料。

(2)将所得玉米芯粉末用苯-醇混合液(甲苯：乙醇v/v＝2:1，)抽提6小时以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。玉米芯粉末和苯-醇混合液的加入量比为1：15(g:ml)。脱脂后的玉米芯粉末按照固液比1:25(g:ml)加入去离子水洗涤，真空抽滤，所得玉米芯粉末真空干燥，密封储存备用。

(3)准确称取10g经预处理后的玉米芯粉末，加入由NaOH溶液和无水乙醇按照体积比为2:1配置的混合溶剂200ml，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。加热至60℃，保温搅拌处理4小时。反应结束后，冷却至室温，真空抽滤，并用去离子水洗涤沉淀，得到半纤维素提取液。用浓盐酸调节pH为5.5-6，向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，静置过夜，沉淀出半纤维素。用高速离心机，离心分离(8000r/min，10min)，沉淀再用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5-6.0)洗涤、冻干，最终得到高纯度半纤维素。经测定，本实施例中，分离出来的半纤维素产率为85.2％，产品纯度纯度为94.8％。

Claims (10)

1.一种从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于， 用混合溶剂法来提取玉米芯中的半纤维素，具体方法为：向脱脂后的玉米芯粉末中加入混合溶剂，恒温加热搅拌反应，反应结束后，冷却至室温，过滤，得到半纤维素提取液，调节pH值弱酸性，醇沉，冻干，最终得到半纤维素；

其中，所述混合溶剂是指氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇混合而成，恒温槽温度为50-90℃，处理时间2-6h，料液比1:10-30g/mL。

2.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述的玉米芯粉末为新鲜、无虫蛀、无霉变的玉米芯烘干粉碎后得到，粒径≤60目。

3.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述的脱脂主要采用甲苯和乙醇混合液对玉米芯进行抽提，以除去脂溶性的物质，得到脱脂的玉米芯。

4.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述pH值为5.5-6。

5.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述混合溶剂中氢氧化钠溶液与乙醇或丁醇的体积比为2-0.5:1。

6.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，反应温度为50-90℃。

7.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，反应时间为2-6h。

8.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量分数为3%-8%。

9.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述脱脂后的玉米芯粉末与混合溶剂的料液比为1:10-30g/mL。

10.根据权利要求1所述的从玉米芯中提取高纯度半纤维素的方法，其特征在于，所述醇沉过程是指向滤液中加入乙醇溶液，在室温下静置过夜，离心，得到沉淀。