CN113186747A - 以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法，包括步骤：(1)溶解浆和木聚糖分离：将竹浆粕与碱液混合均匀后放置0.5～1h，加入0.8～1.2倍碱液重量份的水，搅拌均匀后放置4～6分钟，然后固液分离得到残渣和母液；(2)竹溶解浆的制成：步骤(1)分离出的残渣经水洗后，与醋酸水溶液混合均匀后放置4～10分钟，固液分离，得到的固体为竹溶解浆；(3)高纯度木聚糖的制成：步骤(1)分离出的母液用酸将pH值调至5～6.5，然后在乙醇中沉淀，分离出固体并洗涤得到高纯度木聚糖。本发明方法通过简单的操作有效地将溶解浆和木聚糖分离和纯化，同时制得高纯度竹溶解浆和高纯度木聚糖，且收率高。

Description

以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法

技术领域

本发明涉及溶解浆制备技术领域，具体的说是一种以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法。

背景技术

植物纤维原料生产溶解浆需从植物纤维原料中去除半纤维素和木质素，从而获得高纯度的纤维素。α-纤维素(又称甲种纤维素)是溶解浆的主要成分，其含量指标代表溶解浆的纯度，其值越大，溶解浆的品级越高。

溶解浆的主要原料是棉短绒和木材，近年来因为竹浆独特性质，竹子成为溶解浆的又一重要原料。由于竹纤维的兴起以及棉短绒和木材溶解浆的短缺带来的溶解浆价格上涨，竹溶解浆得到较快发展。采用竹材生产溶解浆使得溶解浆的生产又多了一种新的可持续再生的新原料。

溶解浆的生产方法主要有亚硫酸盐法和预水解硫酸盐法。亚硫酸盐法具有较好的反应性能、溶解浆得率较高等特点，但废液处理和原料限制等问题，现在亚硫酸盐法使用相对少。预水解硫酸盐法对原料的适应性强，生产的溶解浆的α-纤维素含量高、黑液碱回收率高、环境污染小，多数企业采用预水解硫酸盐法生产溶解浆。而预水解硫酸盐法包括预水解和硫酸盐蒸煮两个环节。蒸煮前经过一次水解，此水解剂可用酸、水及蒸汽。若采用水预处理，升温时间长、汽耗高、时间效率低，水解后的废液量大，处理较困难；若采用酸预水解，能除去较多半纤维素，操作温度也较低，但不易控制温度和时间，尤其是反应废液的pH值较低，对设备腐蚀严重，废液处理困难，成浆率低，国内少有实际生产应用。多数企业采用蒸汽预水解，大部分水解液吸附在料片上，在后续过程中被一定量的冷白液中和，同时起到对原料进行预浸渍作用，有利于后续硫酸盐蒸煮的顺利进行。中和后的废液连同预水解废液送碱回收，达到节能、减排、降耗、清洁生产的目的。但是蒸汽预水解容易产生水解不均匀，不易顺利去除半纤维素，且在碱回收过程中将黑液中的半纤维素直接燃烧。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明目的在于提供一种同时获得溶解浆及其副产品-半纤维素的简单的方法，具体的就是一种以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法。

本发明的以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法包括步骤：

(1)溶解浆和木聚糖分离：将竹浆粕与质量百分比浓度为15-25％的碱液按质量比1∶(10-30)混合均匀后放置0.5～1h，加入0.8～1.2倍碱液重量份的水，搅拌均匀后放置4～6分钟，然后固液分离得到残渣和母液；

(2)竹溶解浆的制成：步骤(1)分离出的残渣经水洗后，与体积百分比为8～12％的醋酸水溶液按质量比1∶(10-20)混合均匀后放置4～10分钟，固液分离，得到的固体为竹溶解浆；

(3)高纯度木聚糖的制成：步骤(1)分离出的母液用酸将pH值调至5～6.5，然后在乙醇中沉淀，固液分离，固体干燥后得到粗木聚糖，粗木聚糖用水和乙醇洗涤得到高纯度木聚糖。

本发明方法步骤(1)所采用的原料竹浆粕可以竹材为原料经硫酸盐法制成，即采用常规制浆方法即可，具体步骤本发明中不再赘述。

优选的，步骤(1)中，所述的碱液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

优选的，所述的NaOH水溶液的质量百分比浓度为17-20％，更优选17.5％。

优选的，所述的KOH水溶液的质量百分比浓度为23-25％，更优选24.5％。

优选的，步骤(1)中，竹浆粕与碱液质量比为1∶(15-28)，更优选1∶(20-25)。

优选的，步骤(1)中，竹浆粕与碱液混匀后的放置条件为常压、20-25℃。

优选的，步骤(1)中，加入的水为去离子水，加入去离子水搅拌均匀后的放置条件为常压、20-30℃。

优选的，步骤(1)中，固液分离采用砂芯漏斗抽滤的方式得到残渣和母液。

优选的，步骤(2)中，残渣的水洗步骤为：加入水优选去离子水，搅拌均匀后放置4～10分钟后抽滤。

优选的，步骤(2)中，醋酸水溶液中醋酸的体积百分比为9-11％，优选10％。

优选的，步骤(2)中，固液分离的步骤为：抽滤，再用水优选去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥。

优选的，步骤(3)中，所述的酸为冰醋酸、盐酸或硫酸；进一步的，所述的盐酸和硫酸的摩尔浓度为4-10M(mol/L)。

优选的，步骤(3)中，乙醇与母液的体积比为3-30，进一步优选5-10∶1。

优选的，步骤(3)中，沉淀后的固液分离步骤采用离心分离。具体为沉淀后静置，倒出上清液，离心，干燥得到的固体为粗木聚糖。

优选的，分离出的粗木聚糖依次采用水和乙醇洗涤可得到高纯度木聚糖。进一步优选的，粗木聚糖的洗涤步骤为：用10-20倍粗木聚糖重量份的水洗至少2次，再用10-20倍粗木聚糖重量份的乙醇洗至少1次。洗涤粗木聚糖的水优选去离子水，乙醇优选纯乙醇。洗涤后干燥、粉碎，最终制成高纯度木聚糖。

本发明一些较佳实施例中，步骤(2)中残渣的水洗液和分离后的8～12％的醋酸水溶液与步骤(1)分离出的母液合并共同进行步骤(3)，以此可进一步提升木聚糖的产率。

本发明一些较佳实施例中，步骤(1)～(3)具体为：

(1)溶解浆和木聚糖分离：将竹浆粕与质量百分比浓度为17.5％的NaOH水溶液或24.5％的KOH水溶液按质量比1∶(10-30)混合，搅拌均匀后常压与20-25℃中放置0.5～0.6h，加入同碱液等重量份的去离子水，搅拌均匀后常压与20-25℃中放置4～6分钟，然后用砂芯漏斗抽滤，固液分离得到残渣和母液；

(2)竹溶解浆的制成：步骤(1)分离出的残渣加入去离子水，搅拌均匀后在常压与20-25℃中放置4～6分钟，抽滤，得到的固体与体积百分比为8～12％的醋酸水溶液按质量比1∶(10-20)混合均匀后放置4～6分钟，抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥制得竹溶解浆；

(3)高纯度木聚糖的制成：步骤(1)分离出的母液用冰醋酸将pH值调至5～6.5，然后在3-30倍母液体积的乙醇中沉淀，静置，倒出上清液，离心，干燥得到粗木聚糖；粗木聚糖用10-20倍粗木聚糖重量份的水洗2次，再用10-20倍粗木聚糖重量份的乙醇洗1次，干燥、粉碎，最终制成高纯度木聚糖。

进一步的，步骤(2)中残渣的水洗液和分离后的8～12％的醋酸水溶液与步骤(1)分离出的母液合并后共同进行步骤(3)，以此可进一步提升木聚糖的产率。

本发明的积极进步效果在于：

本发明以常规制浆工序制得的竹浆粕为原料，通过调整碱液的浓度、用量，有效地将溶解浆和木聚糖分离，同时组合采用酸进行调解pH值、抽滤、去离子水洗涤、乙醇沉淀等方式进一步提纯竹溶解浆和木聚糖，利用简单的操作，不仅同时制得高纯度竹溶解浆和高纯度木聚糖，制得的竹溶解浆中甲种纤维素含量高达95％，木聚糖纯度高达96％，而且产率极高，木聚糖的得率可达竹浆粕半纤维素含量的98％以上。

本发明方法易操作、工序少，达到节能、减排、降耗、清洁生产的目的。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1：

将1重量份慈竹浆粕，加入25重量份的质量百分比浓度为17.5％的NaOH水溶液，搅拌均匀后在常压与20℃中放置0.5h，加入25重量份的去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，用G1型砂芯漏斗抽滤；

抽滤后的残渣，加25重量份去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，加入体积比为10％醋酸水溶液40重量份，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥，制得甲种纤维素达95％以上的竹溶解浆；

抽滤后的滤液连同残渣处理过程中的去离子水和10％醋酸水溶液一起，用冰醋酸将pH值调至6，在300重量份的乙醇中沉淀，静置，倒出上清液，离心，干燥，获得粗木聚糖。干燥后的粗木聚糖用20重量份的水洗2次，再用20重量份的纯乙醇洗1次，干燥、粉碎，最终制成纯度达96％的木聚糖。

实施例2：

将3重量份竹浆粕，加入60重量份的质量百分比浓度为24.5％的KOH水溶液，搅拌均匀后在常压与20℃中放置0.5h，加入60重量份的去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，用G1型砂芯漏斗抽滤；

抽滤后的残渣，加60重量份去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，加入体积比为10％醋酸水溶液100重量份，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥，制得α-纤维素，即制得甲种纤维素达95％以上的竹溶解浆；

抽滤后的滤液用冰醋酸将pH值调至6，在1200重量份的乙醇中沉淀，静置，倒出上清液，离心，干燥，获得粗木聚糖。干燥后的粗木聚糖用50重量份的水洗2次，再用50重量份的纯乙醇洗1次，干燥、粉碎，最终制成纯度达95％的木聚糖。

实施例3：

将50重量份慈竹浆粕，加入1250重量份的质量百分比浓度为17.5％的NaOH水溶液，搅拌均匀后在常压与20℃中放置0.5h，加入1250重量份的去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，用G1型砂芯漏斗抽滤；

抽滤后的残渣，加1250重量份去离子水，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，加入体积比为10％醋酸水溶液1250重量份，搅拌均匀后在常压与20℃中放置5分钟，抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥，制得甲种纤维素达95％以上的竹溶解浆；

抽滤后的滤液用冰醋酸将pH值调至6，在12000重量份的乙醇中沉淀，静置，倒出上清液，离心，干燥，获得粗木聚糖。干燥后的粗木聚糖用200重量份的水洗2次，再用200重量份的纯乙醇洗1次，干燥、粉碎，最终制成纯度达96％的木聚糖。

Claims (10)

1.一种以竹浆粕为原料生产竹溶解浆和高纯度木聚糖的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)溶解浆和木聚糖分离：将竹浆粕与质量百分比浓度为15-25％的碱液按质量比1∶(10-30)混合均匀后放置0.5～1h，加入0.8～1.2倍碱液重量份的水，搅拌均匀后放置4～6分钟，然后固液分离得到残渣和母液；

(2)竹溶解浆的制成：步骤(1)分离出的残渣经水洗后，与体积百分比为8～12％的醋酸水溶液按质量比1∶(10-20)混合均匀后放置4～10分钟，固液分离，得到的固体为竹溶解浆；

(3)高纯度木聚糖的制成：步骤(1)分离出的母液用酸将pH值调至5～6.5，然后在乙醇中沉淀，固液分离，固体干燥后得到粗木聚糖，粗木聚糖用水和乙醇洗涤得到高纯度木聚糖。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的竹浆粕是以竹材为原料经硫酸盐法制成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碱液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的NaOH水溶液的质量百分比浓度为17-20％；所述的KOH水溶液的质量百分比浓度为23-25％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述竹浆粕与所述碱液混匀后的放置条件为常压、20-25℃；加入的水为去离子水，加去离子水搅拌均匀后的放置条件为常压、20-30℃；固液分离采用砂芯漏斗抽滤的方式得到残渣和母液。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，

残渣的水洗步骤为：加入去离子水，搅拌均匀后放置4～10分钟后抽滤；

固液分离的步骤为：抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥。

7.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的酸为冰醋酸、盐酸或硫酸；所述的盐酸和硫酸的摩尔浓度为4-10M；乙醇与母液的体积比为3-30∶1。

8.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，沉淀后的固液分离步骤采用离心分离；粗木聚糖的水洗步骤为：用10-20倍粗木聚糖重量份的水洗至少2次，再用10-20倍粗木聚糖重量份的纯乙醇洗至少1次。

9.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中残渣的水洗液和分离后的8～12％的醋酸水溶液与步骤(1)分离出的母液合并共同进行步骤(3)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)～(3)具体为：

(1)溶解浆和木聚糖分离：将竹浆粕与质量百分比浓度为17.5％的NaOH水溶液或24.5％的KOH水溶液按质量比1∶(10-30)混合，搅拌均匀后常压与20-25℃中放置0.5～0.6h，加入同碱液等重量份的去离子水，搅拌均匀后常压与20-25℃中放置4～6分钟，然后用砂芯漏斗抽滤，固液分离得到残渣和母液；

(2)竹溶解浆的制成：步骤(1)分离出的残渣加入去离子水，搅拌均匀后在常压与20-25℃中放置4～6分钟，抽滤，得到的固体与体积百分比为8～12％的醋酸水溶液按质量比1∶(10-20)混合均匀后放置4～6分钟，抽滤，再用去离子水洗涤至中性，抽滤，干燥制得竹溶解浆；

(3)高纯度木聚糖的制成：步骤(1)分离出的母液用冰醋酸将pH值调至5～6.5，然后在3-30倍母液体积的乙醇中沉淀，静置，倒出上清液，离心，干燥得到粗木聚糖；粗木聚糖用10-20倍粗木聚糖重量份的水洗2次，再用10-20倍粗木聚糖重量份的乙醇洗1次，干燥、粉碎，最终制成高纯度木聚糖。