本發(fā)明涉及生物質(zhì)全組分利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種竹材生物質(zhì)全組分高值化綜合利用工藝。
背景技術(shù)：
中國竹資源非常豐富，有500多種，面積、蓄積量、竹制品產(chǎn)量和出口額均居世界第一，素有“竹子王國”之譽(yù)。根據(jù)國家林業(yè)局發(fā)布的《全國竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，至2010年底，全國竹林面積達(dá)672.74萬公頃，立竹總數(shù)量為286.35億株。僅福建省竹占地面積就高達(dá)326萬畝，年竹子產(chǎn)量超過120萬噸。竹子生長周期較短，平均為3～5年，此外，竹子生長較為密集，便于收集，一年四季均可收集，不受季節(jié)限制，且竹子中半纖維素含量高達(dá)22％，而灰含量僅為1.1％，是一種清潔的生物質(zhì)原料。
竹子結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度、韌性等性能高于木材，目前對竹子的利用多制成竹膠板，用于生產(chǎn)竹人造板、竹地板、竹質(zhì)家具等，科技含量低、加工方式粗糙、產(chǎn)品附加值不高，且在竹材加工過程中會產(chǎn)生大量竹材三廢，竹材利用率不高，對竹資源造成大量浪費(fèi)。
此外，為了提高竹膠板的防腐性能，需要對竹片原料進(jìn)行高溫碳化處理，傳統(tǒng)的碳化過程對竹材結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，會大大降低竹材料的強(qiáng)度，且碳化過程能耗較大。因此，亟待開發(fā)溫和的碳化技術(shù)和竹材高值化利用技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種通過超低酸溶液將主材中半纖維提取出來用于生產(chǎn)高附加值的低聚木糖，同時提取過程對竹材具有很好的防腐作用的竹材全組分綜合利用工藝。
為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：一種竹材全組分綜合利用工藝，它包含原竹預(yù)處理、低聚木糖制備、碳化竹片制備、竹機(jī)制炭制備、竹醋液制備工藝，經(jīng)原竹預(yù)處理將原竹制成竹片、竹青和殘余的竹屑；提取竹片、竹屑中半纖維素用于制備低聚木糖；提取后的竹片經(jīng)高溫干燥處理制備碳化竹片，用于制備竹膠板；提取后的竹屑烘干后圧縮成型，經(jīng)高溫碳化制備竹機(jī)制炭；竹醋液制備工藝為竹機(jī)制炭制備過程中收集的竹醋液經(jīng)蒸餾和吸附后制得成品；竹青用于制備涼席、牙簽或香芯等。
本發(fā)明的具體工藝步驟如下：
(一)、原竹預(yù)處理：將采伐竹時形成的歪斜端頭用精密推臺鋸截去，以端口為定位面，將原竹截成定長竹筒，用破竹機(jī)將竹筒破開，再用開片機(jī)將切成厚度為1-4mm，寬為10-25mm的竹片，同時去除竹青和竹黃，竹青厚度在1-3mm，并得到加工過程產(chǎn)生的竹屑；
(二)、制備低聚木糖：
(2.1)提取：將竹片或竹屑與超低酸溶液按1:5-10的比例加入密閉容器中，在175-190℃條件下浸取30-90min，固液分離得到木聚糖溶液和提取后的竹片或竹屑；
(2.2)水解：將木聚糖溶液用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph至4.8-5.5，加入木聚糖溶液的0.01-0.05％的木聚糖酶，在50-60℃的條件下水解8-10h，得到低聚木糖溶液；
(2.3)分離純化：低聚木糖溶液經(jīng)超濾、納濾、活性炭脫色、離子交換樹脂吸附等步驟得到純凈的低聚木糖溶液；
(2.4)濃縮干燥：將純凈的低聚木糖溶液濃縮到一定濃度得到低聚木糖糖漿產(chǎn)品，或?qū)⑵溥M(jìn)一步干燥，得到低聚木糖粉產(chǎn)品。
(三)、制備碳化竹片：提取后的竹片經(jīng)過150-180℃的高溫蒸汽干燥碳化處理得到碳化竹片，用于生產(chǎn)竹膠板；
(四)、制備竹機(jī)制炭：
(4.1)干燥：提取后的竹屑經(jīng)烘干處理，將含水控制在5-10％；
(4.2)制棒：干燥后的竹屑進(jìn)入成型機(jī)，經(jīng)高溫高壓塑化成型為薪棒；
(4.3)燒炭：將薪棒裝入炭化窯，在隔絕空氣的條件下高溫炭化，炭化溫度為450-650℃，炭化時間為5-10h，炭化過程中會產(chǎn)生可燃?xì)怏w和竹醋液，將炭化后的薪棒在隔絕空氣條件下冷卻即得到機(jī)制炭，可燃性氣體為工藝提供熱能，竹醋液經(jīng)收集后用于制備精制竹醋液；
(五)、制備竹醋液：
(5.1)步驟(4.3)中收集的竹醋液經(jīng)蒸餾除去焦油和揮發(fā)酚即可得到無色透明含煙味的竹醋液產(chǎn)品，其中竹醋的含量為6-10％；
(5.2)將上述無色含煙味的竹醋液進(jìn)一步用樹脂吸附除去煙味，即得到無煙精制竹醋液產(chǎn)品。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟(2.1)所用的酸為硫酸、鹽酸、甲酸或乙酸中的一種，酸溶液的濃度為0.03-0.1％。
采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明通過分級利用實現(xiàn)了竹原料全組分的綜合利用和工藝間能量的優(yōu)化配置，節(jié)約了資源；以木聚糖提取工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的竹片炭化工藝，在提高竹片防腐性能的同時還實現(xiàn)了竹材的高值化利用；整個工藝過程簡單，產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟(jì)效益好，能耗低，環(huán)境污染小，具有良好的工業(yè)前景。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例1：
請參閱圖1，一種竹材全組分綜合利用工藝，綜合利用竹材生產(chǎn)低聚木糖、碳化竹片、竹機(jī)制炭和無煙精制竹醋液產(chǎn)品，步驟如下：
一、原竹預(yù)處理：
將采伐竹時形成的歪斜端頭用精密推臺鋸截去，以端口為定位面，將原竹截成留有加工余地的2m長竹筒，用破竹機(jī)將竹筒破開，再用開片機(jī)將切成厚度為2mm，寬為20mm的竹片，同時去除竹青和竹黃，竹青厚度在1.5mm，并得到加工過程產(chǎn)生的竹屑；
二、制備低聚木糖：
(2.1)提?。簩⑺弥衿蛑裥挤胖糜趫A柱形提取器中，按固液比1:10加入濃度為0.05％硫酸溶液，并密閉容器，蒸汽加熱至185℃條件下浸取60min，快速冷卻至室溫，固液分離得到木聚糖溶液和提取后的竹片或竹屑；
(2.2)水解：將木聚糖溶液用1mol/l的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至4.8，加入溶液總量0.01％的木聚糖酶，在50℃的條件下水解8h，得到低聚木糖溶液，低聚木糖濃度為1.3％；
(2.3)分離純化：低聚木糖溶液經(jīng)超濾回收酶和大分子木聚糖繼續(xù)水解過程；通過納濾分離出單糖并濃縮糖液，濃縮后低聚木糖濃度為12％；加入濃縮后糖液0.5％的活性炭在70℃條件下脫色30min；過濾分離出活性炭，糖液在室溫下經(jīng)陽、陰離子交換樹脂吸附脫鹽，得到純凈的低聚木糖溶液；
(2.4)濃縮干燥：將純凈的低聚木糖溶液采用三效蒸發(fā)器濃縮到50％濃度，再用噴霧干燥得到低聚木糖粉產(chǎn)品，低聚木糖的得率為9.4％；
三、制備碳化竹片：
提取后的竹片經(jīng)過150℃的熱空氣進(jìn)行干燥處理，時含水量控制在5-8％，得到碳化竹片，可用于生產(chǎn)竹膠板；
四、制備竹機(jī)制炭：
(4.1)干燥：提取后的竹屑經(jīng)烘干處理，將含水控制在5-10％之間；
(4.2)制棒：干燥后的竹屑進(jìn)入成型機(jī)，經(jīng)高溫高壓塑化成30cm長的方形薪棒；
(4.3)燒炭：將薪棒裝入炭化窯，在隔絕空氣的條件下高溫炭化，炭化溫度為650℃，炭化時間為10h，收集炭化過程中會產(chǎn)生的氣體，冷凝后液體即為粗竹醋液，剩余氣體導(dǎo)入高爐中燃燒供熱，將炭化后的薪棒在隔絕空氣條件下冷卻即得到機(jī)制炭產(chǎn)品，機(jī)制炭的得率為薪棒的34％，粗竹醋液的得率為薪棒9％；
五、制備竹醋液：
(5.1)步驟(4.3)中收集的竹醋液在80℃下減壓蒸餾，得到無色透明含煙味的竹醋液產(chǎn)品，其中竹醋的含量為8.6％；
(5.2)將上述無色含煙味的竹醋液進(jìn)一步用樹脂吸附除去煙味，即得到無煙精制竹醋液產(chǎn)品，無煙精制竹醋液的得率為粗竹醋液的76％。
實施例2：
一種竹材全組分綜合利用工藝，綜合利用竹材生產(chǎn)低聚木糖、碳化竹片、竹機(jī)制炭和無色含煙味的竹醋液產(chǎn)品，步驟如下：
一、原竹預(yù)處理：
將采伐竹時形成的歪斜端頭用精密推臺鋸截去，以端口為定位面，將原竹截成留有加工余地的2m長竹筒，用破竹機(jī)將竹筒破開，再用開片機(jī)將切成厚度為2mm，寬為20mm的竹片，同時去除竹青和竹黃，竹青厚度在1.5mm，并得到加工過程產(chǎn)生的竹屑；
二、制備低聚木糖：
(2a)提?。簩⑺弥衿蛑裥挤胖糜趫A柱形提取器中，按固液比1:5加入濃度為0.1％乙酸溶液，并密閉容器，蒸汽加熱至180℃條件下浸取90min，快速冷卻至室溫，固液分離得到木聚糖溶液和提取后的竹片或竹屑；
(2b)水解：將木聚糖溶液用1mol/l的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至5.0，加入溶液總量0.02％的木聚糖酶，在50℃的條件下水解10h，得到低聚木糖溶液，低聚木糖濃度為1.9％；
(2c)分離純化：低聚木糖溶液經(jīng)超濾回收酶和大分子木聚糖繼續(xù)水解過程；通過納濾分離出單糖并濃縮糖液，濃縮后低聚木糖濃度為18％；加入濃縮后糖液0.8％的活性炭在70℃條件下脫色30min；過濾分離出活性炭，糖液在室溫下經(jīng)陽、陰離子交換樹脂吸附脫鹽，得到純凈的低聚木糖溶液；
(2d)濃縮干燥：將純凈的低聚木糖溶液采用三效蒸發(fā)器濃縮到50％濃度，再用噴霧干燥得到低聚木糖粉產(chǎn)品，低聚木糖的得率為8.2％；
三、制備碳化竹片：
提取后的竹片經(jīng)過150℃的熱空氣進(jìn)行干燥處理，時含水量控制在5-8％，得到碳化竹片，可用于生產(chǎn)竹膠板；
四、制備竹機(jī)制炭：
(4a)干燥：提取后的竹屑經(jīng)烘干處理，將含水控制在5-10％之間；
(4b)制棒：干燥后的竹屑進(jìn)入成型機(jī)，經(jīng)高溫高壓塑化成30cm長的方形薪棒；
(4c)燒炭：將薪棒裝入炭化窯，在隔絕空氣的條件下高溫炭化，炭化溫度為650℃，炭化時間為5h，收集炭化過程中會產(chǎn)生的氣體，冷凝后液體即為粗竹醋液，剩余氣體導(dǎo)入高爐中燃燒供熱，將炭化后的薪棒在隔絕空氣條件下冷卻即得到機(jī)制炭產(chǎn)品，機(jī)制炭的得率為薪棒的34％，粗竹醋液的得率為薪棒6％；
五、制備竹醋液
步驟(4c)中收集的竹醋液在80℃下減壓蒸餾，得到無色透明含煙味的竹醋液產(chǎn)品，其中竹醋的含量為7.3％，收率為粗竹醋液的87％。
本發(fā)明通過超低酸溶液將主材中半纖維提取出來用于生產(chǎn)高附加值的低聚木糖，同時提取過程對竹材具有很好的防腐作用，通過預(yù)處理過程，將原竹切分成竹片，并同時除去竹青、竹黃，竹青用于制備涼席、牙簽、香芯等；再用超低酸溶液在高溫下將竹片和加工過程產(chǎn)生的竹屑中的半纖維素提取出來用于制備低聚木糖，再將提取后的竹片和竹屑分別用于制備竹膠板和機(jī)制炭，該提取過程對竹材又具有很好的防腐作用，同時對竹材的破壞較小，不僅避免了傳統(tǒng)高能耗的碳化過程，還提高了竹板材的強(qiáng)度，同時也實現(xiàn)了竹材的高值化利用。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。