CN112761012A - 温压分控气爆技术预处理杨木的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于杨木处理领域，具体涉及一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法。包括如下制备步骤：(1)将处理后的杨木片于汽爆试验台反应容器中，然后通入不同量的水蒸汽和压缩空气调整压力和温度进行爆破实验；(2)爆破后，充分收集爆破后样品和爆破液；用尼龙浆袋将爆破后样品和爆破液固液分离，并用蒸馏水多次洗涤爆破后样品以除去其中的可溶性糖等物质，再置于烘箱中进行干燥后收集备用。温压分控气爆技术通过控制水蒸汽和其他气体的分压来实现温度和压力的分别控制的目的。从而得以尽可能地去除半纤维素而保留纤维素。

Description

温压分控气爆技术预处理杨木的方法
技术领域
本发明属于杨木处理领域，具体涉及一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法。
背景技术
随着社会的不断发展，对能源的需求量越来越大，经济的发展与能源的利用息息相关。但石化资源储量有限，是不可再生资源。过去几十年，石化资源已消耗大部分，能源短缺问题越来越突出；另外，石化资源的利用也带来了一系列的环境问题，如：全球气温变暖、生态环境污染、臭氧层遭到破坏以及生态圈碳平衡被打破等。面对能源短缺和环境污染的双重压力，从可持续发展方面来看，寻找清洁的可替代化石燃料的可再生能源已成为当务之急。各个国家都在积极探索可再生资源。木质纤维素凭借其可再生，分布广泛、资源量大等特点，引起研究者越来越多的关注。
木质纤维原料结构复杂多样，细胞壁结构致密，含有大量的纤维素、半纤维素以及木质素，它们紧密相连形成了天然紧密的植物细胞壁，天然抗降解屏障的存在使得对常规化学试剂有一定的抵抗性。因此，要想更好地利用木质纤维原料，常常需要对原料进行合适的预处理，以打破木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的交联结构，提高木质纤维原料的利用率。比较常用的预处理方法主要有物理预处理法、化学预处理法、物理化学预处理法以及生物预处理法等。其中，蒸汽爆破是一种比较有效的物理化学预处理法，该方法具有能耗低、污染小、处理效果好适用范围广等特点。
传统的蒸汽爆破过程中，爆破介质为水蒸汽，维压温度是由蒸汽压力控制的，温度和压力一一对应，不能分别控制。若想提高爆破压力，温度也会升高，导致纤维素更多地被降解。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法，包括如下制备步骤：
(1)将处理后的杨木片于汽爆试验台反应容器中，然后通入不同量的水蒸汽和压缩空气调整压力和温度进行爆破实验；
(2)爆破后，充分收集爆破后样品和爆破液；用尼龙浆袋将爆破后样品和爆破液固液分离，并用蒸馏水多次洗涤爆破后样品以除去其中的可溶性糖等物质，再置于烘箱中进行干燥后收集备用。
步骤(1)中杨木片的处理方法包括下述步骤：(1.1)用草酸浸渍杨木片并于室温下自然风干；(1.2)将风干后的杨木片放置于自封袋中平衡水分。
步骤(1.1)中浸渍使用草酸的质量分数为0～2％。
步骤(1.1)中草酸浸渍时间为12h。
骤(1.2)中风干后的杨木片水分需要调至35％，置于自封袋中平衡24h。
步骤(1)中汽爆处理中的汽爆温度为190～220℃、维压时间为3～12min，汽爆压力为2.2～3.0MPa。
优选的，步骤(1)中汽爆处理中的汽爆温度为210℃、维压时间为9min，汽爆压力为2.8MPa。
步骤(2)中爆破后样品应置于50℃烘箱中进行干燥后收集备用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请采用一种新的爆破技术——温压分控气爆技术。温压分控气爆技术是指在爆破过程中，分别通入水蒸汽的和其他气体(本文选择压缩空气)，通过控制水蒸汽和其他气体的分压来实现温度和压力的分别控制的目的。通过控制系统中的水蒸汽分压来控制温度，而其他气体的通入可以在保证温度不变的情况下增加系统中的总压力，实现了温度和压力的分别控制的目的，从而得以尽可能地去除半纤维素而保留纤维素。采用温压分控气爆技术对杨木进行爆破处理，与杨木相比，纤维素含量提高了49.8％，半纤维素的溶出较充分，含量降低了95.9％，木质素含量降低了10.9％。经爆破处理后，杨木致密的结构遭到破坏，排列紧密的纤维被撕裂成单根纤维或纤维束。结晶度由爆破前的50.6％提升至64.6％。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法，包括如下制备步骤：
1、将杨木片进行筛选后，用自来水清洗5次以除去木片中的杂质，置于室温下自然晾干后收藏备用；
2、取200g绝干杨木片，置于草酸溶液中浸渍12h。将浸渍后的杨木片取出，置于室温下自然风干；
3、将风干后的杨木片放入存有蒸馏水的密封袋中，使得杨木片吸水，水分控制在35％，平衡24h；
4、将平衡好水分的杨木片放入汽爆试验台反应容器中，先通入水蒸气，使得温度到达190-220℃，并保持稳定。然后瞬间通入压缩空气，使得压力达到2.2-3.0MPa，然后停止通压缩空气，维压3-12min进行汽爆反应。
5、爆破后，充分收集爆破后样品和爆破液。用尼龙浆袋将爆破后样品和爆破液固液分离，并用蒸馏水多次洗涤爆破后样品以除去其中的可溶性糖等物质，再置于50℃烘箱中进行干燥后收集备用。
表1中示出改变不同参数对处理后的杨木的影响。
表1
Figure BDA0002860406660000031
Figure BDA0002860406660000041
杨木原料中纤维素的含量为42.6％，半纤维素的含量为19.4％，木质素的含量为28.4％；采用本申请的技术方案对杨木均有不同程度的影响，其中，采用最优选的实验方式进行爆破后纤维素含量提高了49.8％，半纤维素的溶出较充分，含量降低了95.9％，木质素含量降低了10.9％。经爆破处理后，杨木致密的结构遭到破坏，排列紧密的纤维被撕裂成单根纤维或纤维束。结晶度由爆破前的50.6％提升至64.6％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (7)

1.一种温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将处理后的杨木片于汽爆试验台反应容器中，然后通入不同量的水蒸汽和压缩空气调整压力和温度进行爆破实验；
(2)爆破后，充分收集爆破后样品和爆破液；用尼龙浆袋将爆破后样品和爆破液固液分离，并用蒸馏水多次洗涤爆破后样品以除去其中的可溶性糖等物质，再置于烘箱中进行干燥后收集备用。
2.根据权利要求1所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(1)中杨木片的处理方法包括下述步骤：(1.1)用草酸浸渍杨木片并于室温下自然风干；(1.2)将风干后的杨木片放置于自封袋中平衡水分。
3.根据权利要求2所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(1.1)中浸渍使用草酸的质量分数为0～2％。
4.根据权利要求2所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(1.1)中草酸浸渍时间为12h。
5.根据权利要求2所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(1.2)中风干后的杨木片水分需要调至35％，置于自封袋中平衡24h。
6.根据权利要求1所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(1)中汽爆处理中的汽爆温度为190～220℃、维压时间为3～12min，汽爆压力为2.2～3.0MPa。
7.根据权利要求1所述的温压分控气爆技术预处理杨木的方法，其特征在于，步骤(2)中爆破后样品应置于50℃烘箱中进行干燥后收集备用。
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