CN1424459A - 高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，在180～230℃的高压釜内蒸煮木片或草木秸秆类含有纤维素和木质素的植物原材料，使纤维素与木质素分离，其步骤为：将木片、草木秸秆等原材料与高沸点醇类、水、催化剂一起加入耐压釜，升温至180～230℃，保持1～4小时，植物原料中的木质素溶解于高沸醇水溶液中，纤维素为固体，经过滤分离用热水洗净3次后烘干，即可得纤维素产品，滤液经减压蒸馏，脱去水分，残留的高沸醇可再次作为原料使用。采用本工艺，可从木片中获得40％以上的纤维素和30％以上的木质素，根据蒸煮工艺的温度、时间得到的纤维素可用于造纸或制备纤维素衍生物，制得的木质素磺酸盐或碱木质素，适于制备木质素的改性产品。
Description
技术领域：
本发明是一种高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，属于化学工业类，本发明涉及利用高沸点醇类从木片、草木秸秆等植物原料中制备纤维素与木质素的工艺和配方。
背景技术
按照传统工艺制备纤维素，多用亚硫酸盐或碱在水中蒸煮木片、草木秸秆，破坏木质素成为“黑液”后，使纤维素与木质素分离开。使用这些方法会带来严重的环境污染、需要大型的药品回收装置。另外，传统的方法破坏木片、草木秸秆中所含木质素的化学活性，从黑液回收的木质素难以被用于制备具有更高附加价值的产品。
经检索可知：杨益琴、李忠正发表的“有机溶剂纯化素草碱木质素《南京林业大学学报》2000，24(5)14-16，存在由于传统造纸化局限，使其木质素受到结构的影响，且安全性差。
程贤甦等发表的“preparation and properties of IIBS lignin”《PROGRAM》39th International symposium on macromolecules.JULY7-12.2002.，“A new method for making cellulose and lignin byusing high boiling solvents”《Chemical Research in ChineseUniversities》2002 vol.18虽然解决了原料中纤维素与木质素分离的工艺条件，但是还存批量化生产反应釜设备方面的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，此种方法克服了常规方法的上述问题，应用此种方法还可用于制备具有更高附加价值的木质素衍生物产品。
为达到上述目的，在传统材料为含有纤维素和木质素的成份中，根据本发明提供的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，在180～230℃的高压釜内蒸煮木片或草木秸秆类含有纤维素和木质素的植物原材料，使纤维素与木质素分离，其步骤为：将木片、草木秸秆等原材料与高沸点醇类、水、催化剂一起加入耐压釜，升温至180～230℃，保持1～4小时，植物原料中的木质素溶解于高沸醇水溶液中，纤维素为固体，经过滤分离用热水洗净3次后烘干，即可得纤维素产品，滤液经加水使木质素沉淀分离，然后减压蒸馏，脱去水分，残留的高沸醇可再次作为原料使用。
本发明采用高沸点醇类为溶剂，在一定温度、压力条件下，使木质素溶解于溶剂之中，令它与纤维素分离。溶解在高沸醇中的木质素通过加入数倍冷水使木质素沉淀析出，高沸醇水溶液经减压蒸馏脱去水分之后，可继续作为原料反复使用。其步骤为：
1、将木片或草木秸秆、高沸醇、水、催化剂加入到耐压釜中。
2、升温至180～230℃并维持一定时间，使木质素溶解于高沸醇水溶液中，并与纤维素分离。
3、过滤分离纤维素并洗净烘干。
4、向木质素、高沸醇混合液加入数倍体积的冷水，使木质素沉淀析出。将获得的沉淀物烘干后即得高沸醇木质素。
5、剩余的高沸醇水溶液经减压蒸馏除去水分后，所得的高沸醇可重新作为原料使用。
在获得纤维素的同时又能将木质素作为一种产品加以利用。本工艺既克服传统造纸工业的黑液污染、无公害、节约能源，且高沸醇可以回收以供重复使用，能带来良好的经济效益。工艺条件为：在180～230℃的高压釜内蒸煮木片或草木秸秆类含有纤维素和木质素的植物原材料，使纤维素与木质素分离。其步骤为：将木片、草木秸秆等原材料与高沸点醇类、水、催化剂一起加入耐压釜，升温至180～230℃，保持1～4小时，植物原料中的木质素溶解于高沸醇水溶液中，纤维素为固体，经过滤分离用热水洗净3次后烘干，即可得纤维素产品。滤液经减压蒸馏，脱去水分，残留的高沸醇可再次作为原料使用。
高沸醇溶剂法制备纤维素与木质素工艺是将木片、草木秸秆等植物原料与高沸醇、水及催化剂加入耐压釜中，在一定的温度、压力的条件下蒸煮一定时间后使不溶的纤维素与木质素溶液分离，向木质素、高沸醇溶液加入数倍冷水后木质素沉淀析出，高沸醇水溶液经减压蒸馏脱去水分后，回收的高沸醇可重新作为原料使用。采用本工艺，可从木片中获得40％以上的纤维素和30％以上的木质素，根据蒸煮工艺的温度、时间得到的纤维素可用于造纸或制备纤维素衍生物，制得的“高沸醇木质素”不同于传统造纸工艺中回收的木质素磺酸盐或碱木质素，有更高的反应活性，适于制备木质素的改性产品。
经实验，添加高沸醇木质素能改善丁睛胶的性能，尤其是制品的拉断伸长率得到大幅度改善，添加效果优于传统的木质素磺酸盐，价格方面又具有竞争力，高沸醇木质素有望成为新型橡胶改性剂。
以下将结合附图对本发明作进一步的描述：
图1是本发明高沸醇溶剂法工艺流程图
图2是本发明的高沸醇溶剂法制浆专用蒸煮锅切面图
图3是本发明的高沸醇溶剂法制浆专用蒸煮锅左视图
图4是本发明的高沸醇溶剂法制浆专用蒸煮锅俯视图
图中1为高沸醇、水、催化剂、木片或草木秸秆；2为耐压釜；3为木质素、高沸醇溶液；4为纤维素；5为第一次水洗纤维素A；6为第二次水洗纤维素；7为第三次水洗纤维素；8为木质素；9为高沸醇水溶液；10为水；11为回收高沸醇；12为加冷水；13为回收高沸醇洗净液；14为热水洗净A；15、热水洗净B；16为水洗液；17为减压脱水
图中设备说明：18为缓冲罐；19为球阀；20为列管冷凝器；21为小放气截止阀；22为蒸煮锅；23为列管加热器；24为输送泵；25为单向阀；26为第一个三通阀；27为第二个三通阀。
本发明的具体实施例
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 原料 | 木片 | 木片 | 木片 | 木片 | 花生壳 |
| 高沸醇浓度 | 76.3 | 80 | 85 | 85.2 | 83 |
| 加入催化剂量(％) | 0 | 5 | 5 | 0 | 5 |
| 反应时间(H) | 2 | 3 | 1 | 1 | 1.5 |
| 反应温度(℃) | 220 | 200 | 210 | 220 | 210 |
| 纤维素得率(％) | 40 | 51 | 47.3 | 47.8 | 50 |
| 木质素得率 | 26 | 25.2 | 28.7 | 31.2 | 28.1 |
实施例的具体描述：
将1100g松木片或花生壳放入不锈钢耐压釜内，并加入一定浓度的高沸醇；然后加热到200～220℃，保持1.0～3.0小时(最高压力1.6Mpa左右)；其后，降温到约100℃，过滤反应后的混合物，就得到高沸醇木质素溶液和纸浆；室温下加入5倍体积的水到木质素溶液中并搅拌15分钟；过滤收集沉淀析出的木质素，将其冷冻干燥，即得高沸醇木质素粉末。纸浆经过3次醇-水溶液的洗涤，再经3次热水洗涤，然后在60℃左右烘干，得到干纸浆。技术说明：
1、原料由进料口(a)放入蒸煮锅。
2、升温过程靠列管加热器(6)进行加热。加热液从蒸煮锅中部抽出，加热完后送回到上下两部分。加热介质为高温水蒸汽。
3、压力的调节，可以通过缓冲罐(1)或直接用冷凝器(3)冷却，再经泵打回蒸煮锅，保证物料在运行时不损失。
4、放料从喷放口(b)放出。设备说明：
1、蒸煮锅工作压力为0.8MPa，内衬为普通不锈钢材质，外套用石棉网保温。
2、蒸煮锅的径高比为1∶4。
使用的高沸醇包括丁二醇、丙二醇、乙二醇等沸点高于180℃的醇类，溶剂中醇的比例为70％～90％(水含量30％～10％)。
使用的植物原料包括各种木片、麦杆、稻草等草木秸秆以及甘蔗渣、核桃壳、花生壳等植物原料。
使用的催化剂为有机酸，催化剂的浓度范围为0～10％。
从反应滤液中取得木质素的方法是采用加入3～8倍冷水使木质素沉淀后溶剂分离。
分离木质素后的高沸醇水溶液经减压蒸馏除去水分后，高沸醇可供反复使用。
Claims (6)
1.一种高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其材料为含有纤维素和木质素的成份，其特征在于工艺条件为：在180～230℃的高压釜内蒸煮木片或草木秸秆类含有纤维素和木质素的植物原材料，使纤维素与木质素分离，其步骤为：将木片、草木秸秆等原材料与高沸点醇类、水、催化剂一起加入耐压釜，升温至180～230℃，保持1～4小时，植物原料中的木质素溶解于高沸醇水溶液中，纤维素为固体，经过滤分离用热水洗净3次后烘干，即可得纤维素产品，滤液经加水使木质素沉淀分离，然后减压蒸馏，脱去水分，残留的高沸醇可再次作为原料使用。
2.根据权利要求1所述的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其特征在于使用的高沸醇包括丁二醇、丙二醇、乙二醇等沸点高于180℃的醇类，溶剂中醇的比例为70％～90％、水含量30％～10％。
3.根据权利要求1所述的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其特征在于使用的植物原料包括各种木片、麦杆、稻草等草木秸秆以及甘蔗渣、核桃壳、花生壳等植物原料。
4.根据权利要求1所述的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其特征在于使用的催化剂为醋酸，催化剂的浓度范围为0～10％。
5.根据权利要求1所述的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其特征在于从反应滤液中取得木质素的方法是采用加入3～8倍冷水使木质素沉淀后溶剂分离。
6.根据权利要求1所述的高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法，其特征在于分离木质素后的高沸醇水溶液经减压蒸馏除去水分后，高沸醇可供反复使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |