CN112782032A - 木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法及应用 - Google Patents

木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法及应用，具体包括：将植物纤维原料进行爆破处理；将爆破处理过后的物料配成2g/L‑5g/L浓度的浆料静置60min；将静置后的浆料进行真空抽滤脱水,得到固含量为5％‑15％的物料；将抽滤后的物料在(3000±50)g的离心力下离心脱水30min；将离心脱水后的物料称重，放入60‑105℃的烘箱干燥至恒重，再次称重；计算离心脱水后的物料的水分含量。本发明根据爆破后物料的各组分的比表面积与保水值数据，建立保水值与物料尺度、比表面积的趋势关系，分析爆破后物料的保水值变化趋势，得到爆破后物料的物性参数变化趋势。

Description

木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参 数快速检测方法及应用
技术领域
本发明属于纤维素乙醇制备领域，特别涉及木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法及应用。
背景技术
石油、煤炭等矿产资源是当前最主要的能源物质和化工原料。随着历史的进程,它们失去了再生的条件,大量的消耗必将导致这些资源的快速枯竭。因而,寻找可再生性的替代能源和化工原料,特别是新的液态燃料,已成为维持人类社会可持续发展的紧迫任务。地球上每年光合作用的产物(生物质)高达1500－2000亿吨,是地球上唯一可超大规模的可再生的实物性资源。全球每年产生的生物量的5％所含的能量即可与人类对石油和天然气的需求量相当。微生物能够很容易地将淀粉水解产生的葡萄糖等糖类转化为各种各样的醇、酮和有机酸类化工产品,从而可以成为未来资源循环型社会的主要化工原料，目前在生物能源领域发展力度最强的品种是燃料乙醇。
蒸汽爆破技术是指将物料在高温高压的蒸汽下处理一段时间，然后在0.01s内瞬时泄压实现“爆破”，热能转换为机械能做功，蒸汽以冲击波的形式作用于物料，改变其结构组成的一种物理化学处理技术。通过高温高压蒸煮过程的热化学作用以及蒸汽爆破阶段的物理做功，使原料原本致密有序的结构被打破，酶及化学试剂的可及性增加，易于后续反应的进行，具有安全、高效、环保等特点。
贺文明等探讨了近红外光谱法快速测定木材纤维素、戊聚糖和Klason木质素含量的可行性，用近红外光谱仪采集相应样品的光谱(贺文明,薛崇昀,聂怡,李义民.近红外光谱法快速测定木材纤维素、戊聚糖和木质素含量的研究[J].中国造纸学报,2010,25(03):9-12.)。本方法虽可行，但却需要用到红外光谱仪等仪器，不利于工厂生产上快速、简单测定的原则。
蒸汽爆破会破坏纤维物料物理结构，使纤维分散，经蒸汽爆破后的物料会不同程度的成浆，而物料结构破坏的越彻底，说明蒸汽爆破的效果越好；物料成浆程度又会影响到物料的保水值，因此本发明提出一种利用蒸汽爆破后的植物纤维物料保水值来快速测定蒸汽爆破后物料物性参数的方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数的快速检测方法，该方法利用蒸汽爆破后的物料会不同程度的成浆，而物料结构破坏的越彻底，说明蒸汽爆破的效果越好，物料成浆程度又会影响到物料的保水值这一特点，首先提出以蒸汽爆破后的植物纤维物料保水值来快速测定蒸汽爆破后物料物性参数。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体步骤如下：
(1)将植物纤维原料进行爆破处理；
(2)将步骤(1)爆破处理过后的物料配成2g/L-5g/L浓度的浆料静置60min；
(3)将步骤(2)所述静置后的浆料进行真空抽滤脱水,得到固含量为5％-15％的物料；
(4)将步骤(3)抽滤后的物料在(3000±50)g的离心力下离心脱水30min；
(5)将步骤(4)离心脱水后的物料称重，放入60-105℃的烘箱干燥至恒重，再次称重；计算步骤(4)离心脱水后的物料的水分含量。
优选的，步骤(1)所述植物纤维原料为麦草、玉米秸秆、蔗渣、芦苇的一种或多种。
优选的，步骤(1)所述爆破处理的温度为150-200℃，爆破处理的压力为0.6-2.0Mpa。
优选的，步骤(6)所述的水分含量的计算方法为(烘干前质量-烘干后质量)/烘干前质量。
优选的，本方法建立保水值与爆破后木质纤维原料爆破效果的变化趋势。
上述的木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法的应用，所述保水值可以作为纤维素乙醇生产过程中木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料的质量指标。
本发明解决了纤维素乙醇生产过程中预处理工段缺少快速质量检测指标的问题，造成生产工艺优化调整缺乏依据、周期长，爆破预处理的物性参数主要包括爆破后物料尺度及比表面积，影响后续酶解过程酶的可及性，本发明根据爆破后物料的各筛分组分的比表面积与保水值数据，建立保水值与物料尺度、比表面积的趋势关系，并设计快速筛分、离心、称重等过程，快速检测物料保水值变化，虽不能直接得出反应物料的物性参数，但通过分析爆破后物料的保水值变化趋势，可得到爆破后物料的物性参数变化趋势。
本发明方法的优点和技术效果：
(1)保水值变化趋势与爆破效果(成浆程度)具有高度的一致性；
(2)本发明相比传统的以爆破细浆得率、爆破液糖含量等指标测量爆破程度的方法，具有工艺简单、设备要求低、结果准确、测量迅速等优势。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围不局限于所述内容。
保水值指在规定条件下，采用离心法处理后，浆料内保留水分的能力，以％表示。国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值的具体操作为：将样品据GB/T24327-2009先疏解，将疏解后的试样放入布氏漏斗中，用水润湿并开始真空抽滤；当试样表面的水消失时停止吸滤，得到固含量为5％-15％的物料，放入试样篮中；将试样篮连同试样一起放入离心机筒内，试样底部离心力为(3000±50)g的条件下离心30min±30s，离心温度保持(23±3)℃；离心停止后立即将试样转移至预先称量过的称量瓶中称量，精确至1mg，将称量瓶盖子打开并一起在(105±2)℃下烘干，通过(烘干前质量-烘干后质量)/烘干前质量计算水分。
实施例1
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至0.8Mpa，并在此条件下保持10min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成2g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为57.65％。
实施例2
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至0.8Mpa，并在此条件下保持20min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成2g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为59.64％。
实施例3
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至0.8Mpa，并在此条件下保持30min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成2g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为63.16％。
实施例4
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至1.0Mpa，并在此条件下保持10min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成5g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为60.92％。
实施例5
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至1.0Mpa，并在此条件下保持20min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成5g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为61.49％。
实施例6
本木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具体方法为：
(1)将蔗渣浓度调为40％，加入5％的硫酸，充分混合均匀；
(2)将混合后的蔗渣放入爆破锅中，升温至190℃，压力升至1.0Mpa，并在此条件下保持30min；
(3)反应时间结束后将物料爆破喷放，配置成5g/L的浆料静置60min；
(4)根据国家标准GB 29286-2012(纸浆保水值测定)测定爆破后物料的保水值，保水值为62.35％。
在大力发展可持续能源的今天，新型燃料已成为研究的热点之一，目前在生物能源领域发展力度最强的品种是燃料乙醇，已经有许多工厂建设了生物乙醇生产线，而其中酸法蒸汽爆破预处理是很有前景的一种预处理方式。在工厂的连续化生产作业中，一种快速方便检测蒸汽爆破预处理效果的方法是十分必要的。
由于蒸汽爆破会破坏纤维物料物理结构，使纤维分散，经蒸汽爆破后的物料会不同程度的成浆，而物料结构破坏的越彻底，说明蒸汽爆破的效果越好；物料成浆程度又会影响到物料的保水值，因此本发明利用蒸汽爆破的这些特点，提出了一种木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，具有测试方便、操作简单、结果准确等优点，对植物纤维原料酸法蒸汽爆破制备纤维素乙醇的工厂连续化生产具有重要的指导意义。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将植物纤维原料进行爆破处理；
(2)将步骤(1)爆破处理过后的物料配成2g/L-5g/L浓度的浆料静置60min；
(3)将步骤(2)所述静置后的浆料进行真空抽滤脱水,得到固含量为5％-15％的物料；
(4)将步骤(3)抽滤后的物料在(3000±50)g的离心力下离心脱水30min；
(5)将步骤(4)离心脱水后的物料称重，放入60-105℃的烘箱干燥至恒重，再次称重；计算步骤(4)离心脱水后的物料的水分含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述植物纤维原料为麦草、玉米秸秆、蔗渣、芦苇的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述爆破处理的温度为150-200℃，爆破处理的压力为0.6-2.0Mpa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述的水分含量的计算方法为(烘干前质量-烘干后质量)/烘干前质量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法建立保水值与爆破后木质纤维原料爆破效果的变化趋势。
6.权利要求1-5任一项所述的木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料物性参数快速检测方法的应用，其特征在于，所述保水值可以作为纤维素乙醇生产过程中木质纤维原料制备纤维素乙醇酸性爆破预处理后原料的质量指标。
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