CN115584653A

CN115584653A - 一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法

Info

Publication number: CN115584653A
Application number: CN202211587447.4A
Authority: CN
Inventors: 王明志; 吕云辰; 贺乾龙; 王明旺; 郝文政; 李彤松; 崔才伟; 王帅
Original assignee: Henan Heli Energy Co ltd
Current assignee: Henan Heli Energy Co ltd
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2042-12-12
Also published as: CN115584653B

Abstract

本发明公开了一种利用糠醛渣提取α‑纤维素的方法，通过偏铝酸钠对糠醛渣中的硅含量进行去除，利用高级氧化、双氧水漂白可对褐色的糠醛渣进行漂白，并加入氢氧化钠有效提取纤维素，加入氢氧化镁和生石灰主要去除无机盐，将无机盐形成沉淀，水洗脱离，此外还可以协助除去部分灰分。整个反应过程中不涉及有毒物质，且反应为常温、常压，对安全性、环保性均是有利的。

Description

一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法

技术领域

本发明属于农林废弃物再利用技术领域，具体涉及一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法。

背景技术

玉米芯的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，其中纤维素含量40%左右、半纤维素30%左右、木质素30%左右，糠醛主要是由玉米芯中的半纤维素水解、脱水转化得来的，玉米芯制取糠醛后所得的残渣——糠醛渣中的主要成分为纤维素、木质素，且纤维素含量达到60%以上，纤维素链条也由长链条转化为短链条。目前糠醛渣主要作为生物质锅炉燃料，直接燃烧使用，而糠醛渣中含有丰富的纤维素、木质素等资源，燃烧是对资源的极大浪费。部分针对糠醛渣再利用的技术研究是利用糠醛渣中的木质素，糠醛渣的酸性特点，采用糠醛渣制备活性炭或生产有机肥调节碱性土壤等。还有利用糠醛渣直接生产纤维素下游产品，但生产的纤维素主要作为中间产品过渡，质量标准较低，利润空间较低，影响了糠醛渣再利用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中利用糠醛渣制备的纤维素的品质较低，利润空间小，影响糠醛渣再利用的问题，提供一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，从糠醛渣中提取α-纤维素，并制成95.0%以上的精品α-纤维素产品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，包括以下步骤：

①糠醛渣预处理：

对糠醛渣进行脱水，使糠醛渣水分低于20%，然后将糠醛渣置于反应器1内，向反应器1内加入3~5倍质量的水，并保持水处于沸腾状态，煮沸120~150min，静置后甩干；该过程可将糠醛渣中部分水溶性有机物及少量土尘除去；

②除硅：

将经过水煮脱有机物预处理后的糠醛渣利用离心机甩干，后将甩干的糠醛渣置于反应器2中，加入0.04~0.06倍质量的偏铝酸钠和8~10倍质量的水，并利用反应器2中的搅拌装置搅拌10-15min；则糠醛渣中的灰分和含硅成分完成沉淀，使糠醛渣中的硅含量除去95%左右；原理如下：

；

该步骤中加入偏铝酸钠脱除有机物成分中的硅，完成一次脱硅；

③高级氧化漂白：

将除硅反应后的糠醛渣溶液置于反应器3中，反应器3密闭，加入双氧水和氢氧化钠，通入臭氧，维持反应器75-80℃，充分搅拌，保持90~120min进行高级氧化漂白；

④漂白去木质素：

将步骤③处理后的糠醛渣进行甩干，加入3~5倍质量的水，加入双氧水，氢氧化钠、氢氧化镁，维持反应75~85℃，并不断搅拌，保持60~90min，反应结束后对物料进行离心甩干，即可得到半成品纤维素；加入氢氧化镁的作用，除了保持弱碱性环境，发挥碱性双氧水的漂白作用，还可以一定程度的除去部分灰分和硅（二次脱硅）；

⑤精制纤维素：将半成品纤维素进行洗涤处理，除去无机盐成分，再将半成品纤维素置于反应容器4内，加入2~5倍质量的水，加入冰醋酸，双氧水，维持65~75℃反应25~35min对半成品纤维素进行除木质素处理，将处理后的纤维素进行甩干，维持含水分40-55%，再加入生石灰，静置150~180min，反应结束后，对纤维素进行多次洗涤、并真空造粒，即可得到精品α-纤维素；加入生石灰、并通过洗涤除去，是为了降低纤维素中的无机盐含量。

优选的，步骤②中偏铝酸钠分三次加入。

优选的，步骤③中双氧水和氢氧化钠均分两次加入。

优选的，步骤③中双氧水为27%-30%双氧水溶液（工业级），双氧水的加入量为糠醛渣质量的8-10%，氢氧化钠加入量为糠醛渣质量的3%。

优选的，步骤④中双氧水为27%-30%双氧水溶液（工业级），双氧水的加入量为糠醛渣质量的12%，氢氧化钠的加入量为糠醛渣质量的1-2%，氢氧化镁的加入量为糠醛渣质量的3-6%。

优选的，步骤⑤中冰醋酸加入量为糠醛渣质量的1.2-1.5%，双氧水的加入量为糠醛渣质量的3-5%，生石灰的加入量为糠醛渣质量的3-4%。

本发明中糠醛渣提取α-纤维素，且使纤维素含量达到95.0%以上，需重点解决两个问题，一是玉米芯在收购过程中含有少量的土沫，生产糠醛过程中会进入糠醛渣，使糠醛渣在提取α-纤维素中α-纤维素含量偏低，这需要通过对糠醛渣多次洗涤、对土沫处理实现；二是糠醛渣酸性较高且为褐色，而α-纤维素为白色，这使得糠醛渣利用碱性双氧水漂白存在较大的挑战，可通过维持反应温度、加入惰性碱性物质来实现。

因糠醛生产时锅炉烟囱烟道气为60℃，可使用锅炉烟道气对糠醛渣进行脱水，使糠醛渣水分低于20%。

本发明可通过偏铝酸钠对糠醛渣中的硅含量进行去除，利用高级氧化、双氧水漂白可对褐色的糠醛渣进行漂白，并加入氢氧化钠有效提取纤维素，加入氢氧化镁和生石灰主要去除无机盐，将无机盐形成沉淀，水洗脱离，此外还可以协助除去部分灰分。

本发明产生的有益效果是：本发明生产工艺简单，反应时间较短、反应温度均低于100℃，属于常压，这对技术的转化具有一定的促进；经过对生产成本测算，通过糠醛渣提取纤维素成本核算，每吨成本约8000元，现售价为9200元，具有一定的利润空间。通过对本技术方案成本的初步测算，每生产一吨纤维素，可产生利润约1200元。整个反应过程中不涉及有毒物质，且反应为常温、常压，对安全性、环保性均是有利的。

本发明的技术方案可很好地解决糠醛渣直接燃烧而造成的纤维素资源的浪费问题，也可解决糠醛渣作为固废堆积无法处理的难题；对糠醛渣的高级氧化漂白，深度二次除硅，是产品达到精品纤维素，α-纤维素含量达到95.0%的关键核心技术所在。本技术方案采用常温常压生产工艺，很大程度的保证了工艺技术的稳定性、安全性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。以下实施例中采用的双氧水为27%双氧水溶液。采用的糠醛渣原料的水分含量为48.9%，糠醛渣原料干物料中含有灰分6.06%，挥发分66.26%，硫0.84%，固定碳11.90%，碳酸盐0.04%，氯离子0.259%。

实施例1

一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，包括以下步骤：

对糠醛渣进行脱水，脱水后糠醛渣水分含量为19.9%，称取脱水后糠醛渣重量为1500g，加入4500ml水进行煮沸，煮沸120min静置后甩干，将甩干的固体一次性加入清水12000g，进行加入保温、搅拌，待加热至75℃后，分三次，每次加入20g偏铝酸钠，每次加入间隔时间3min，完成除硅反应；

除硅反应后，分2次加入双氧水和氢氧化钠粉末，每次加入双氧水60ml、氢氧化钠22.5g，间隔时间45min，加药完毕后立即密闭，并通入臭氧，维持80℃，促进氧化漂白；

漂白完毕甩干后，将固体移入反应器中，加入4500g水，加热至75℃时，先加入15g氢氧化钠搅拌，待5min后再加入90ml双氧水，保温进行漂白脱木质素反应，反应30min后，再次加入90ml双氧水和30g氢氧化镁进行搅拌，反应结束后利用离心机对物料离心甩干，即可得到半成品纤维素（纤维素含量可达到84.73%、木质素2.23%、无机盐7.45%、灰分3.01%）；

将半成品纤维素用水洗涤；将洗涤后的固体再次加入反应器中，加入3000g清水、加入18g冰醋酸和45ml双氧水进行保温反应（维持70℃反应30min），后甩干再加入生石灰吸水放热漂白、除盐，等温度冷却至常温时，多次洗涤，直至洗涤成清水时，方可将固体放入真空干燥机内进行造粒，形成纤维素颗粒，其中α-纤维素含量95.2%以上，木质素1.28%，无机盐0.97%，灰分1.76%。

该方法使用的水均可通过糠醛生产系统废水蒸发器产生的凝水进行再利用，凝水温度150℃，可满足前期用水和反应温度用热的需要。该方法工艺实现废水的循环再利用，实现废水零排放。

实施例2

一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，包括以下步骤：

对糠醛渣进行脱水，脱水后糠醛渣水分含量为18.7%，称取脱水后糠醛渣重量为1500g，加入7500ml水进行煮沸，煮沸120min静置后甩干，将甩干的固体一次性加入清水15000g，进行加入保温、搅拌，待加热至75℃后，分三次，每次加入30g偏铝酸钠，每次加入间隔时间3min，完成除硅反应；

除硅反应后，分2次加入双氧水和氢氧化钠粉末，每次加入双氧水80ml、氢氧化钠30g，间隔时间45min，加药完毕后立即密闭，并通入臭氧，维持80℃，促进氧化漂白；

漂白完毕甩干后，将固体移入反应器中，加入7500g水，加热至85℃时，先加入25g氢氧化钠搅拌，待5min后再加入115ml双氧水，保温进行漂白脱木质素反应，反应30min后，再次加入90ml双氧水和60g氢氧化镁进行搅拌，反应结束后利用离心机对物料离心甩干，即可得到半成品纤维素（纤维素含量可达到87.4%、木质素1.82%、无机盐6.73%、灰分2.88%）；

将半成品纤维素用水洗涤；将洗涤后的固体再次加入反应器中，加入7500g清水、加入36g冰醋酸和60ml双氧水进行保温反应（维持65℃反应35min），后甩干再加入生石灰吸水放热漂白、除盐，等温度冷却至常温时，多次洗涤，直至洗涤成清水时，方可将固体放入真空干燥机内进行造粒，形成纤维素颗粒，其中α-纤维素含量96.4%以上，木质素1.09%，无机盐0.84%，灰分1.15%。

实施例3

一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，包括以下步骤：

对糠醛渣进行脱水，脱水后糠醛渣水分含量为19.3%，称取脱水后糠醛渣重量为1500g，加入7500ml水进行煮沸，煮沸150min静置后甩干，将甩干的固体一次性加入清水15000g，进行加入保温、搅拌，待加热至80℃后，分三次，每次加入30g偏铝酸钠，每次加入间隔时间3min，完成除硅反应；

除硅反应后，分2次加入双氧水和氢氧化钠粉末，每次加入双氧水80ml、氢氧化钠30g，间隔时间60min，加药完毕后立即密闭，并通入臭氧，维持80℃，促进氧化漂白；

漂白完毕甩干后，将固体移入反应器中，加入7500g水，加热至85℃时，先加入25g氢氧化钠搅拌，待5min后再加入115ml双氧水，保温进行漂白脱木质素反应，反应45min后，再次加入90ml双氧水和60g氢氧化镁进行搅拌，反应结束后利用离心机对物料离心甩干，即可得到半成品纤维素（纤维素含量可达到88.9%、木质素1.40%、无机盐6.21%、灰分3.18%）；

将半成品纤维素用水洗涤；将洗涤后的固体再次加入反应器中，加入7500g清水、加入36g冰醋酸和60ml双氧水进行保温反应（维持75℃反应25min），后甩干再加入生石灰吸水放热漂白、除盐，等温度冷却至常温时，多次洗涤，直至洗涤成清水时，方可将固体放入真空干燥机内进行造粒，形成纤维素颗粒，其中α-纤维素含量96.7%以上，木质素0.94%，无机盐0.82%，灰分1.33%。

Claims

1.一种利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于包括以下步骤：

①糠醛渣预处理：

对糠醛渣进行脱水，使糠醛渣水分低于20%，然后将糠醛渣置于反应器内，向反应器内加入3~5倍质量的水，并保持水处于沸腾状态，煮沸120~150min，静置后甩干；

②除硅：

将甩干的糠醛渣置于反应器中，加入0.04~0.06倍质量的偏铝酸钠和8~12倍质量的水，搅拌10-15min；

③高级氧化漂白：

将除硅反应后的糠醛渣溶液置于反应器中，加入双氧水和氢氧化钠，通入臭氧，维持反应器75-80℃，充分搅拌，保持80~120min进行高级氧化漂白；

④漂白去木质素：

将步骤③处理后的糠醛渣进行甩干，加入3~5倍质量的水，加入双氧水，氢氧化钠、氢氧化镁，维持反应75~85℃，并不断搅拌，保持40~80min，反应结束后对糠醛渣进行烘干处理，即可得到半成品纤维素；

⑤精制纤维素：将半成品纤维素进行洗涤处理，除去无机盐成分，再将半成品纤维素置于反应容器内，加入2~5倍质量的水，加入冰醋酸，双氧水，对半成品纤维素进行除木质素处理，将处理后的纤维素进行甩干，维持含水分40-60%，再加入生石灰，静置，反应结束后，对纤维素进行多次洗涤、并真空干燥造粒，即可得到精品α-纤维素。

2.如权利要求1所述利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于：步骤②中偏铝酸钠分三次加入。

3.如权利要求1所述利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于：步骤③中双氧水和氢氧化钠均分两次加入。

4.如权利要求1所述利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于：步骤③中双氧水为27%双氧水溶液，双氧水的加入量为糠醛渣质量的8%，氢氧化钠加入量为糠醛渣质量的3%。

5.如权利要求1所述利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于：步骤④中双氧水为27%双氧水溶液，双氧水的加入量为糠醛渣质量的12%，氢氧化钠的加入量为糠醛渣质量的1%，氢氧化镁的加入量为糠醛渣质量的2%。

6.如权利要求1所述利用糠醛渣提取α-纤维素的方法，其特征在于：步骤⑤中冰醋酸加入量为糠醛渣质量的1.2%，双氧水的加入量为糠醛渣质量的3%，生石灰的加入量为糠醛渣质量的3%。