CN111100216A - 一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法，以枝丫材植物废弃物为原料经过原料预处理、低聚糖抽提处理、木质素抽提处理和本色浆处理步骤，同时得到低聚糖、本色浆和木质素三种高附加值产品。本发明的工艺方法可操作性强，技术新颖，节能减排，清洁环保，生产成本低，利用植物废弃物经一整套工艺路线同时得到低聚糖、本色浆和木质素三种高附加值产品，提高了植物废弃物的利用价值。

Description

一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆 的工艺方法
技术领域
本发明涉及功能糖和轻化工产品生产技术领域，具体涉及一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法。
背景技术
城市绿化，尤其是在大型城市，存在大量的枝丫材植物废弃物，包含修剪枝杈、落叶等，目前尚没有较好的利用方法，多以焚烧等处理方式进行处理。焚烧、堆放腐烂利用率较低，同时对环境有很大危害。植物废弃物资源含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，是非常有价值的可再生资源，对植物废弃物有针对性的进行组分分离，以生产高附加值的产品，如低聚糖、木质素、本色浆，不仅可实现了对植物废弃物的无害化处理，同时也实现了资源的高值化利用。
低聚糖集营养、保健、食疗于一体，广泛应用于食品、保健品、饮料、医药、饲料添加剂等领域。它是替代蔗糖的新型功能性糖源，是面向二十一世纪“未来型”新一代功效食品。木质素是一种天然高分子聚合物，化学性质稳定，且含有酚型结构，具有生物可降解性，与多种高分子材料相容性较好，具有较多羟基，酚羟基，具有较高的反应活性，有广阔的应用空间。
传统制备低聚糖的方法采用玉米芯等原料，且以小型作坊为主，制糖后的残渣较多，且无法处理，随意丢弃造成大量的环境问题，过程中使用的强酸，也没有很好的处理。在已公开的半纤维素水解工艺中，酶法处理较为环保，但酶法处理的效率较低不适合工业生产。目前已公开的木质素生产工艺仍以造纸废液加酸处理后进行固液分离，过程中存在较大的废水、废气，难以处理，且造纸黑夜中的碱被无效的浪费。
因此，开发一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法，增加植物废弃物的利用价值、降低生产成本、减少对环境的污染，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有植物废弃物资源量大、利用价值低、污染环境，现有低聚糖产生工艺废水和废渣量大、漂白成本高，现有木质素生产工艺复杂、原料利用率低、能耗高的问题，提供一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法。
为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将收集的枝丫材植物废弃物经由螺旋挤料机进行疏解预分离、洗涤处理，将树皮、树叶和杂质分离出去，将得到的枝干进行粉碎处理，粉碎得到木屑；
(2)低聚糖抽提处理：将预处理得到木屑加入一定浓度的乙醇溶液中，在第一催化剂的作用下进行低聚糖抽提，将分离出的含有低聚糖的乙醇溶液进行纯化、浓缩，结晶、离心、干燥后即得低聚糖产品；
(3)木质素抽提处理：将步骤(2)处理后的木屑加入一定浓度的乙醇溶液中，在第二催化剂的作用下进行木质素抽提，采用离心机进行固液分离，得到粗浆和含有木质素的乙醇溶液，将所述乙醇溶液进行浓缩，干燥后即得木质素产品；
(4)本色浆处理：步骤(3)得到的粗浆由低浓度乙醇溶液抽提，洗涤后即得本色纸浆产品。
进一步地，所述枝丫材植物废弃物含有纤维素、半纤维素和木质素。
进一步地，步骤(1)中，所述粉碎处理具体为：将枝丫材粉碎为20-80目的木屑。
进一步地，步骤(2)中，低聚糖抽提所用乙醇溶液的浓度为10-50％，所述木屑与该段乙醇溶液的液固比为3-5；所述第一催化剂为甲酸、乳酸、草酸中的一种或几种，其质量占该段乙醇溶液质量的0.5-2.5％。
进一步地，步骤(2)中，所述纯化具体为：采用D301阴离子交换树脂、001×7阳离子交换树脂和D296阴离子交换树脂3柱串联提纯。
进一步地，步骤(3)中，用乙醇溶液的浓度为15-60％，所述木屑与该段乙醇溶液的液固比为3-5；所述第二催化剂为甲酸、乳酸、草酸中的一种或几种，其质量占该段乙醇溶液质量的0.5-5.5％。
进一步地，步骤(4)中，本色浆处理所用低浓度乙醇的浓度为0-20％。
进一步地，低聚糖抽提处理段抽提时：升温时间1小时，最高温度为120-150℃，保温时间为1-3小时；木质素抽提处理段抽提时：升温时间1小时，最高温度为130-160℃，保温时间为1-3小时；本色浆处理段抽提时：采用换热器降温后，最高温度为40-60℃，保温时间为0.5-1小时。
进一步地，步骤(2)、(3)和(4)中，进行抽提后的乙醇溶液是采用超重力蒸馏设备进行浓缩和回收。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法，利用植物废弃物经一整套工艺路线同时得到低聚糖、本色浆和木质素三种高附加值产品，提高了植物废弃物的利用价值；生产工艺可操作性强，技术新颖，节能减排，清洁环保，使用原材料为废弃物较购买木材原料，原材料成本更低，同时可高效利用植物资源中的主要组分，废水成分简单便于处理，污水处理成本低。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法：
(1)原料预处理：将收集的枝丫材植物废弃物经由螺旋挤料机进行疏解预分离、洗涤处理，将树皮、树叶和杂质分离出去，将得到的将枝丫材粉碎为20-80目的木屑，以上木屑备用；
(2)低聚糖抽提处理：将粉碎处理得到的木屑置于浓度为25％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量0.8％的甲酸催化剂，在1小时内升温至130℃，然后保温2小时；将分离出的含有低聚糖的乙醇溶液由D301阴离子交换树脂、001×7阳离子交换树脂和D296阴离子交换树脂3柱串联纯化、超重力蒸馏设备浓缩，结晶、离心、干燥后得到纯度为90％的低聚糖产品；
(3)木质素抽提处理：将步骤(2)处理后的木屑置于浓度为35％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量1.2％的甲酸催化剂，在1小时内升温至140℃，然后保温3小时；将乙醇上清液和得到的粗浆分离，将分离出的乙醇上清液采用超重力蒸馏设备浓缩，干燥后得到纯度为95％的木质素产品；
(4)本色浆处理：在步骤(3)得到的粗浆中加入浓度为8％的乙醇溶液，经热交换器换热温度降至50℃，保温为0.5小时，分离出该乙醇溶液，将得到的浆料进行洗涤后得到本色纸浆产品。
实施例2
一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法：
(1)原料预处理：将收集的枝丫材植物废弃物经由螺旋挤料机进行疏解预分离、洗涤处理，将树皮、树叶和杂质分离出去，将得到的枝干进行粉碎处理成长2-4cm、宽1-2cm的木片或20-80目的颗粒，以上木屑备用；
(2)低聚糖抽提处理：将粉碎处理得到的木屑置于浓度为35％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量1.0％的乳酸催化剂，在1小时内升温至140℃，然后保温1.5小时；将分离出的含有低聚糖的乙醇溶液由D301阴离子交换树脂、001×7阳离子交换树脂和D296阴离子交换树脂3柱串联纯化、超重力蒸馏设备浓缩，结晶、离心、干燥后得到纯度为95％的低聚糖产品；
(3)木质素抽提处理：将步骤(2)处理后的木屑置于浓度为40％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量2.0％的乳酸催化剂，在1小时内升温至150℃，然后保温2小时；将乙醇上清液和得到的粗浆分离，将分离出的乙醇上清液采用超重力蒸馏设备浓缩，干燥后得到纯度为97％的木质素产品；
(4)本色浆处理：在步骤(3)得到的粗浆中加入浓度为10％的乙醇溶液，经热交换器换热温度降至40℃，保温为0.8小时，分离出该乙醇溶液，将得到的浆料进行洗涤后得到本色纸浆产品。
实施例3
一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法：
(1)原料预处理：将收集的枝丫材植物废弃物经由螺旋挤料机进行疏解预分离、洗涤处理，将树皮、树叶和杂质分离出去，将得到的枝干进行粉碎处理成长2-4cm、宽1-2cm的木片或20-80目的颗粒，以上木屑备用；
(2)低聚糖抽提处理：将粉碎处理得到的木屑置于浓度为45％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量2.0％的草酸催化剂，在1小时内升温至150℃，然后保温1小时；将分离出的含有低聚糖的乙醇溶液由D301阴离子交换树脂、001×7阳离子交换树脂和D296阴离子交换树脂3柱串联纯化、超重力蒸馏设备浓缩，结晶、离心、干燥后得到纯度为95％的低聚糖产品；
(3)木质素抽提处理：将步骤(2)处理后的木屑置于浓度为50％的乙醇溶液中，以上木屑与该乙醇溶液的液固比为4，然后加入占该段乙醇溶液质量4.5％的草酸催化剂，在1小时内升温至155℃，然后保温1小时；将乙醇上清液和得到的粗浆分离，将分离出的乙醇上清液采用超重力蒸馏设备浓缩，干燥后得到纯度为97％的木质素产品；
(4)本色浆处理：在步骤(3)得到的粗浆中加入浓度为15％的乙醇溶液，经热交换器换热温度降至40℃，保温为0.8小时，分离出该乙醇溶液，将得到的浆料进行洗涤后得到本色纸浆产品。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种以枝丫材植物废弃物为原料联产低聚糖、木质素、本色浆的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将收集的枝丫材植物废弃物经由螺旋挤料机进行疏解预分离、洗涤处理，将树皮、树叶和杂质分离出去，将得到的枝干进行粉碎处理，粉碎得到木屑；
(2)低聚糖抽提处理：将预处理得到木屑加入一定浓度的乙醇溶液中，在第一催化剂的作用下进行低聚糖抽提，将分离出的含有低聚糖的乙醇溶液进行纯化、浓缩，结晶、离心、干燥后即得低聚糖产品；
(3)木质素抽提处理：将步骤(2)处理后的木屑加入一定浓度的乙醇溶液中，在第二催化剂的作用下进行木质素抽提，采用离心机进行固液分离，得到粗浆和含有木质素的乙醇溶液，将所述乙醇溶液进行浓缩，干燥后即得木质素产品；
(4)本色浆处理：步骤(3)得到的粗浆由低浓度乙醇溶液抽提、洗涤后即得本色纸浆产品。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述枝丫材植物废弃物含有纤维素、半纤维素和木质素。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粉碎处理具体为：将枝丫材粉碎为20-80目的木屑。
4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，低聚糖抽提所用乙醇溶液的浓度为10-50％，所述木屑与该段乙醇溶液的液固比为3-5；所述第一催化剂为甲酸、乳酸、草酸中的一种或几种，其质量占该段乙醇溶液质量的0.5-2.5％。
5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，所述纯化具体为：采用D301阴离子交换树脂、001×7阳离子交换树脂和D296阴离子交换树脂3柱串联提纯。
6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，木质素抽提所用乙醇溶液的浓度为15-60％，所述木屑与该段乙醇溶液的液固比为3-5；所述第二催化剂为甲酸、乳酸、草酸中的一种或几种，其质量占该段乙醇溶液质量的0.5-5.5％。
7.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(4)中，本色浆处理所用低浓度乙醇的浓度为0-20％。
8.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，低聚糖抽提处理段抽提时：升温时间1小时，最高温度为120-150℃，保温时间为1-3小时；木质素抽提处理段抽提时：升温时间1小时，最高温度为130-160℃，保温时间为1-3小时；本色浆处理段抽提时：采用换热器降温后，最高温度为40-60℃，保温时间为0.5-1小时。
9.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)、(3)和(4)中，进行抽提后的乙醇溶液是采用超重力蒸馏设备进行浓缩和回收。
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