CN111155347A - 一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法 - Google Patents

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杨佳鑫
徐蕊
司传领
王冠华
张淑亚
陈佳宁
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    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/36—Explosive disintegration by sudden pressure reduction

Abstract

本发明属于林产化工、制浆造纸及木质生物质精炼领域，具体涉及一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法。本方法以杨木为原料，通过优化条件的蒸汽爆破预处理，得到高纤维素含量的汽爆固体物料，继而进行碱提脱木质素，减少木质素对纤维素酶的无效吸附，从而实现高效且高含量的提取纤维素。该方法不仅提高了杨木纤维组分的产率，并且有望拓展到其他木质纤维原料的纤维素组分提取上，是一种高效绿色环保的纤维素获取方法。

Description

一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法
技术领域
本发明属于林产化学、制浆造纸及木质生物质精炼领域，具体涉及一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法。
背景技术
木质纤维生物质原料的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素通过复杂作用和形式连接而成的。木质纤维生物质原料细胞壁的这种复合结构形成的抗降解屏障对植物体本身有保护作用，但一定程度上也阻碍了木质纤维生物质的转化。为提高木质纤维生物质原料的转化效率，必须对其进行一定的预处理以解构其致密的结构，分离出非纤维素组分的木质素和半纤维素，暴露出酶接触作用位点的纤维素表面。
蒸汽爆破法作为一种简单的预处理方法，整个过程不加入任何化学品，不会造成环境污染，是一种常用的预处理方法。而杨木本身具有密度小、强度低、材质软的特点，木质结构疏松。在汽爆预处理过程中，高压蒸汽后迅速减压，杨木中半纤维素被降解成单糖或低聚糖，并随着后续的水洗步骤而被去除。纤维素膨胀断裂，导致结晶区被破坏。致密的三维网络结构变得松散，这种疏松的增加了纤维素酶的活性作用位点，提高了酶解糖化效率。
本发明利用汽爆脱除大部分半纤维素和部分木质素，依靠高温水环境下绿色自催化降解溶出半纤维素，同时利用弱碱去除汽爆活化的木质素，得到富含纤维素的汽爆固体物料。该方法与传统的预处理过程相较，减少了大量化学品的使用，同时降低了环境污染。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有预处理技术酸碱化学品消耗大，成本较高等问题，提供一种操作简易、成本低廉的杨木纤维素提取方法，实现纤维素、半纤维素和木质素的绿色高效分离。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方法概述为按顺序包括如下特征步骤：
步骤1：取干燥杨木片原料，在水中浸泡10～15小时，得到含水率在20％～40％的湿杨木片；
步骤2：称取一定质量的上述步骤1中得到的湿杨木片，在1.5～2.5MPa的压力条件下汽爆10～30分钟，得到汽爆物料；
步骤3：加入汽爆物料质量5～20倍的水，用八层纱布过滤清洗三次，分离掉水洗液，得到清洗后汽爆固体物料，将汽爆固体物料在60℃下干燥10～15小时；
步骤4：取步骤3中干燥后的汽爆固体物料，在质量浓度为0.2～1％的氢氧化钠条件下碱脱除木素，获得高含量的杨木纤维素。
具体实施方式
参考下列实施例将更全面、更容易地理解本发明，给出实施例是为了更清楚地阐明本发明，而不是以任何方式限制本发明。
实施例1：
一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法，具体步骤如下：
步骤1：取干燥杨木片原料，在水中浸泡12小时，得到含水率在25％的湿杨木片；
步骤2：称取一定质量的上述步骤1中得到的湿杨木片，在1.8MPa的压力条件下汽爆15分钟，得到汽爆物料；
步骤3：加入汽爆物料质量8倍的水，用八层纱布过滤清洗三次，分离掉水洗液，得到清洗后汽爆固体物料，将汽爆固体物料在60℃下干燥12小时；
步骤4：取步骤3中干燥后的汽爆固体物料，在质量浓度为0.5％的氢氧化钠条件下碱脱除木素，获得高含量的杨木纤维素。
实施例2：
一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取的杨木纤维素的方法，具体步骤如下：
步骤1：取干燥杨木片原料，在水中浸泡13小时，得到含水率在30％的湿杨木片；
步骤2：称取一定质量的上述步骤1中得到的湿杨木片，在2.0MPa的压力条件下汽爆20分钟，得到汽爆物料；
步骤3：加入汽爆物料质量10倍的水，用八层纱布过滤清洗三次，分离掉水洗液，得到清洗后汽爆固体物料，将汽爆固体物料在60℃下干燥13小时；
步骤4：取步骤3中干燥后的汽爆固体物料，在质量浓度为0.6％的氢氧化钠条件下碱脱除木素，获得高含量的杨木纤维素。
实施例3：
一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取的杨木纤维素的方法，具体步骤如下：
步骤1：取干燥杨木片原料，在水中浸泡14小时，得到含水率在35％的湿杨木片；
步骤2：称取一定质量的上述步骤1中得到的湿杨木片，在2.3MPa的压力条件下汽爆25分钟，得到汽爆物料；
步骤3：加入汽爆物料质量18倍的水，用八层纱布过滤清洗三次，分离掉水洗液，得到清洗后汽爆固体物料，将汽爆固体物料在60℃下干燥14小时；
步骤4：取步骤3中干燥后的汽爆固体物料，在质量浓度为0.8％的氢氧化钠条件下碱脱除木素，获得高含量的杨木纤维素。

Claims (1)

1.一种蒸汽爆破法耦合弱碱提取杨木纤维素的方法，其特征是按顺序包括以下步骤：
步骤1：取干燥杨木片原料，在水中浸泡10～15小时，得到含水率在20％～40％的湿杨木片；
步骤2：称取一定质量的上述步骤1中得到的湿杨木片，在1.5～2.5MPa的压力条件下汽爆10～30分钟，得到汽爆物料；
步骤3：加入汽爆物料质量5～20倍的水，用八层纱布过滤清洗三次，分离掉水洗液，得到清洗后汽爆固体物料，将汽爆固体物料在60℃下干燥10～15小时；
步骤4：取步骤3中干燥后的汽爆固体物料，在质量浓度为0.2～1％的氢氧化钠条件下碱脱除木素，获得高纤维含量的杨木纤维素。
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