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专利名称 | 一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法 |
申请号 | CN201210144395.3 | 申请日期 | 2012-05-11 |
法律状态 | 暂无 | 申报国家 | 中国 |
公开/公告日 | 2012-09-12 | 公开/公告号 | CN102660884A |
优先权 | 暂无 | 优先权号 | 暂无 |
主分类号 | D21C5/00 | IPC分类号 | D;2;1;C;5;/;0;0;;;D;2;1;B;1;/;3;6查看分类表>
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申请人 | 南开大学 | 申请人地址 | 天津市津南区北闸口镇高营路8号
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权利人 | 奥为(天津)环保科技有限公司 | 当前权利人 | 奥为(天津)环保科技有限公司 |
发明人 | 刘乐;鞠美庭;李维尊;江洋;王雁南 |
代理机构 | 天津佳盟知识产权代理有限公司 | 代理人 | 侯力 |
摘要
一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,步骤包括:将秸秆粉碎成粉末;在蒸汽爆破反应釜中进行氨水低压爆破处理秸秆;将预处理秸秆原料与NaOH溶液混合并进行加热反应,提取半纤维素。本发明采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆粉末,所需设备简单,工艺简便,有效地去除了木质素,成功提取出大量半纤维素产品,实现了秸秆的高效处理,提高生物质资源利用效率,解决了秸秆难于降解、再利用的难题,具有极其深远的社会意义和经济价值。
1.一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,其特征在于步骤如下:
1)将秸秆粉碎成秸秆碎末,粒度为过100目筛;
2)在蒸汽爆破反应釜中依次加入秸秆碎末和氨水溶液;
3)启动蒸汽爆破机,控制反应温度为140-160℃,在0.4-0.6MPa下保压10-60min后爆破;
4)取出爆破产物,经抽滤、烘干后密封保存,即得到预处理秸秆原料;
5)将预处理秸秆原料和NaOH溶液混合均匀,得到混合物;
6)将上述混合物于40-90℃温度下反应2h,过滤后得到滤液;
7)将过滤得到的滤液,调节pH至7.0-8.0,加入无水乙醇,其中滤液与无水乙醇体积比为1:0.5-3;
8)静置待沉淀完全,将过滤得到沉淀物用无水乙醇洗涤2次,自然风干,即得到半纤维素产品;
所述氨水溶液的重量百分比浓度为1-10%,氨水溶液与秸秆粉末的用量比为
15-150ml:1g;
所述NaOH溶液的重量百分比浓度为5-25%,NaOH溶液与预处理秸秆原料的用量比为
50-150ml:1g;
所述滤液与无水乙醇的体积比为1:0.5-3。
一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于生物质预处理领域,特别涉及一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法。\n背景技术\n[0002] 伴随一次性化石燃料资源的渐趋枯竭、能源及资源的日趋紧张,如何高效综合利用可再生能源——生物质能源已成为世界各国普遍关注的课题。而作为生物质主要资源的农作物秸秆因资源丰富、便于生产和利用等特点备受关注。\n[0003] 秸秆材料主要由纤维素、半纤维素和木质素等组成,其中木质素约占20-30%,木质素难以降解,不仅使储存在其中的能量无法被人类利用,而且在工业生产中,尤其是造纸工业中产生氯酚等有毒物质造成环境的污染,危害人类健康。半纤维素是植物性材料的重要组成成分之一,约占15-30%,是陆生植物细胞壁的一种主要组分。制取半纤维素有重要的意义,如其在生物制浆、生物漂白、转化半纤维素为单糖和酒精、处理造纸厂废水的环境污染等方面都具有广阔的应用前景。\n[0004] 影响秸秆物料水解的主要因素有三个:原料内孔面积、纤维素结晶度、木质素和半纤维素的包覆作用。为了使其更易于利用,必须对原料进行预处理,以降解木质素的网状结构,降低纤维素的结晶度,打破相互之间的包裹。目前,秸秆预处理的方法主要有物理预处理法、化学预处理法和生物预处理法,例如:机械粉碎法、高能辐射法、稀酸法、碱处理法等。\n物理和化学方法对设备的要求较高,能耗较大,且存在运行成高、对环境影响大的缺陷。生物预处理法虽然有环境友好、能耗低的优点,但其较长的预处理时间和生产周期限制了其在工程中的应用。\n[0005] 蒸汽爆破处理相对于其它预处理方法,在能耗、环境友好性、预处理效果上有着明显的优势,是预处理技术发展的方向之一。应用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆,所需处理温度低,条件温和。该方法可以有效去除木质素,破坏纤维素、半纤维素和木质素之间的复杂结构,极大的提高了预处理水平,利于原材料中半纤维素的提取,促进了秸秆资源化利用。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,该方法通过氨水蒸汽爆破去除秸秆中的部分木质素,打破了木质素对半纤维素的结构束缚,可得到大量的半纤维素产品。\n[0007] 本发明的技术方案:\n[0008] 一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,步骤如下:\n[0009] 1)将秸秆粉碎成秸秆碎末,粒度为过100目筛;\n[0010] 2)在蒸汽爆破反应釜中依次加入秸秆碎末和氨水溶液;\n[0011] 3)启动蒸汽爆破机,控制反应温度为140-160℃,在0.4-0.6MPa下保压10-60min后爆破;\n[0012] 4)取出爆破产物,经抽滤、烘干后密封保存,即得到预处理秸秆原料;\n[0013] 5)将预处理秸秆原料和NaOH溶液混合均匀,得到混合物;\n[0014] 6)将上述混合物于40-90℃温度下反应2h,过滤后得到滤液;\n[0015] 7)将过滤得到的滤液,调节pH至7.0-8.0,加入无水乙醇,其中滤液与无水乙醇体积比为1:0.5-3;\n[0016] 8)静置待沉淀完全,将过滤得到沉淀物用无水乙醇洗涤2次,自然风干,即得到半纤维素产品。\n[0017] 所述氨水溶液的重量百分比浓度为1-10%,氨水溶液与秸秆粉末的用量比为\n15-150ml:1g。\n[0018] 所述NaOH溶液的重量百分比浓度为5-25%,NaOH溶液与预处理秸秆原料的用量比为50-150ml∶1g。\n[0019] 所述滤液与无水乙醇的体积比为1:0.5-3。\n[0020] 本发明的优点和有益效果是:\n[0021] 1.本发明采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆粉末,氨水浸泡处理有助于木质素的去除,在处理100目的稻草碎末时,在反应釜内氨水与木质素反应,可以有效减少木质素含量,并去除木质素与碳水化合物之间的酯键连接,有效的打破了木质素对纤维素、半纤维素的包裹作用;在反应过程中,纤维素、半纤维素损失极小;此外氨水蒸汽爆破过程不会产生抑制性的降解产物,利于产物的后续利用。\n[0022] 2.本发明采用NaOH溶液提取半纤维素,在所设定浓度范围内,NaOH溶液的碱性环境可以最大程度溶解半纤维素,而且不会引起半纤维素等其他物质降解,可有效地防止半纤维素产品的损失,并保证产品的纯度。\n[0023] 3.本发明所需设备简单,工艺简便,处理温度低,条件温和,且不会造成附加的环境危害,实现了秸秆的高效预处理,提高生物质资源利用效率,解决了秸秆难于降解、再利用的难题,具有极其深远的社会意义和经济价值。\n附图说明\n[0024] 图1为实施例1、2、3中半纤维素产率变化曲线。\n[0025] 图2为实施例1、2、3中产品纯度变化曲线。\n具体实施方式\n[0026] 本发明通过以下实施例进一步详述,但本实施例所叙述的技术内容是说明性的,而不是限定性的,不应依此来局限本发明的保护范围。\n[0027] 实施例1:\n[0028] 一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,步骤如下:\n[0029] 1)将秸秆粉碎成秸秆碎末,粒度为过100目筛;\n[0030] 2)在蒸汽爆破反应釜中依次加入秸秆碎末和重量百分比浓度为1%的氨水溶液,用量比为1g:15ml;\n[0031] 3)启动蒸汽爆破机,控制反应温度为160℃,在0.6MPa下保压10min后爆破;\n[0032] 4)取出爆破产物,经抽滤、烘干后密封保存,即得到预处理秸秆原料;\n[0033] 5)将预处理秸秆原料和重量百分比浓度为10%的NaOH溶液混合均匀,用量比为\n1g:75ml,得到混合物;\n[0034] 6)将上述混合物于,50℃温度下反应2h,过滤后得到滤液;\n[0035] 7)将过滤得到的滤液,调节pH至8.0,加入无水乙醇,其中滤液与无水乙醇体积比为1:1;\n[0036] 8)静置待沉淀完全,将过滤得到沉淀物用无水乙醇洗涤2次,自然风干,即得到半纤维素产品。\n[0037] 图1为该半纤维素产率变化曲线,图中显示经过氨水蒸汽爆破处理和之后的碱性提取,所得半纤维素的产率为89%,所述产率为产品质量与底物中半纤维素含量的比值;图\n2为实施例该产品纯度变化曲线,图中显示产品纯度可达到98%。\n[0038] 实施例2:\n[0039] 一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,步骤如下:\n[0040] 1)将秸秆粉碎成秸秆碎末,粒度为过100目筛;\n[0041] 2)在蒸汽爆破反应釜中依次加入秸秆碎末和重量百分比浓度为10%氨水溶液,用量比为1g:150ml;\n[0042] 3)启动蒸汽爆破机,控制反应温度为140℃,在0.4MPa下保压40min后爆破;\n[0043] 4)取出爆破产物,经抽滤、烘干后密封保存,即得到预处理秸秆原料;\n[0044] 5)将预处理秸秆原料和重量百分比浓度为5%的NaOH溶液混合均匀,用量比为\n1g:50ml,得到混合物;\n[0045] 6)将上述混合物于90℃温度下反应2h,过滤后得到滤液;\n[0046] 7)将过滤得到的滤液,调节pH至8.0,加入无水乙醇,其中滤液与无水乙醇体积比为1:3;\n[0047] 8)静置待沉淀完全,将过滤得到沉淀物用无水乙醇洗涤2次,自然风干,即得到半纤维素产品。\n[0048] 图1、图2显示:经过氨水蒸汽爆破处理和之后的碱性提取,所得半纤维素的产率为81%,产品纯度可达到98%。\n[0049] 实施例3:\n[0050] 一种采用氨水蒸汽爆破技术处理秸秆制取半纤维素的方法,步骤如下:\n[0051] 1)将秸秆粉碎成秸秆碎末,粒度为过100目筛;\n[0052] 2)在蒸汽爆破反应釜中依次加入秸秆碎末和重量百分比浓度为1%的氨水溶液,用量比为1g:100ml;\n[0053] 3)启动蒸汽爆破机,控制反应温度为140℃,在0.4MPa下保压60min后爆破;\n[0054] 4)取出爆破产物,经抽滤、烘干后密封保存,即得到预处理秸秆原料;\n[0055] 5)将预处理秸秆原料和重量百分比浓度为25%的NaOH溶液混合均匀,得到混合物;\n[0056] 6)将上述混合物于40℃温度下反应2h,过滤后得到滤液;\n[0057] 7)将过滤得到的滤液,调节pH至7.0,加入无水乙醇,其中滤液与无水乙醇体积比为1:0.5;\n[0058] 8)静置待沉淀完全,将过滤得到沉淀物用无水乙醇洗涤2次,自然风干,即得到半纤维素产品。\n[0059] 图1、图2显示:经过氨水蒸汽爆破处理和之后的碱性提取,所得半纤维素的产率为83%,产品纯度可达到96%。
法律信息
- 2014-12-10
专利权的转移
登记生效日: 2014.11.15
专利权人由南开大学变更为奥为(天津)环保科技有限公司
地址由300071 天津市南开区卫津路94号变更为300350 天津市津南区北闸口镇高营路8号
- 2014-06-11
- 2012-11-07
实质审查的生效
IPC(主分类): D21C 5/00
专利申请号: 201210144395.3
申请日: 2012.05.11
- 2012-09-12
引用专利(该专利引用了哪些专利)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 | 该专利没有引用任何外部专利数据! |
被引用专利(该专利被哪些专利引用)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 | 该专利没有被任何外部专利所引用! |