專利名稱：一種制備低聚木糖和紙漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用農(nóng)作物秸稈制備低聚木糖和紙漿的方法，屬于制漿和制漿綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化形式的日益嚴(yán)峻，在造紙業(yè)中引入生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為了一種理想選擇，這將使制漿造紙工業(yè)在纖維原料的綜合利用、產(chǎn)品價值以及環(huán)境保護等方面提升到一個新的高度。制漿造紙工業(yè)是最早大規(guī)模利用可再生纖維資源的工業(yè)，擁有大規(guī)模收集、處理、 加工生物質(zhì)資源的基礎(chǔ)設(shè)施和實踐經(jīng)驗。我國有豐富的非木材纖維資源，農(nóng)作物秸稈是造紙工業(yè)最常用的非木材纖維原料之一。作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，它們生長迅速，產(chǎn)量巨大，作為造紙、飼料或其他方面的應(yīng)用都沒有使其得到充分的利用。農(nóng)作物秸稈與木材原料在化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)等方面存在較多的不同，如纖維素與半纖維素的結(jié)合、纖維素與木素的結(jié)合較為松散，易于蒸煮；所得到的紙漿半纖維素含量高，易于打漿。這些特點使得其制漿工藝與黑液特性等均具有特殊性，尤其表現(xiàn)在黑液硅含量高、黏度大、蒸發(fā)過程容易結(jié)垢等問題上，造成黑液提取及堿回收系統(tǒng)運行相對困難。秸稈制漿黑液黏度居高不下除了硅含量高外，大量細小纖維的存在也是重要原因。秸稈原料中半纖維素主要由聚戊糖組成，可作為制備木糖的原料，所以在常規(guī)制漿之前進行預(yù)處理，既可以提取出大部分半纖維素，用以制備木糖產(chǎn)品，同時還有望得到高質(zhì)量的紙漿。中國科學(xué)院過程工程研究所公開了“皇竹草分級轉(zhuǎn)化燃料乙醇聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、紙漿的工藝方法”(申請?zhí)?00810100967. 1)，涉及到對汽爆后皇竹草進行水洗處理，水洗液為降解后的半纖維素用于制備低聚木糖。另外韓國首爾的李權(quán)革公開了 “利用竹子生產(chǎn)纖維素紙漿的方法及其紙漿”(申請?zhí)?00510108294. 1)，涉及到通過回收溶解用紙漿制造工藝中所生成的木糖，用以制造木糖醇、調(diào)味料、糠醛等。但這些方法均未列出木糖的具體制備方法和紙漿及黑液的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用農(nóng)作物秸稈制備低聚木糖和紙漿的方法。該方法以農(nóng)作物秸稈為原料，先進行稀堿預(yù)提取處理，對預(yù)提取液采用膜分離方法濃縮，然后通過沉淀、離心分離得到粗木聚糖溶液，再經(jīng)酶解、真空濃縮和冷凍干燥制備出低聚木糖；對預(yù)提取后的固體殘渣進行堿法蒸煮，再經(jīng)洗滌、篩選制備出紙漿。該方法在優(yōu)化傳統(tǒng)秸稈化學(xué)制漿工藝的基礎(chǔ)上，制備出高附加值產(chǎn)品——低聚木糖，同時得到較高質(zhì)量的紙漿，黑液性能也有改善。本發(fā)明提出的方法具體包括以下步驟1)將秸稈原料切斷至長度為3 5cm，取一定量絕干原料加入到反應(yīng)釜內(nèi)，加入堿
3液使用堿量占絕干原料量的0% 10%，補加水使其總液量與絕干原料量的比值為O. 5 10) 1，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜使料液混合均勻，50°C時開始計時，在Ih之內(nèi)升至最高溫度110 140°C，保溫0. 5 池后預(yù)處理完成。分離預(yù)提取液和固體殘渣。2)將步驟1)中獲得的預(yù)提取液用截留分子量為5000 50000的超濾膜濃縮至總固形物濃度10 % 20 %，然后用乙酸調(diào)節(jié)PH值為3 7，再加入1 2倍體積的95 %乙醇，經(jīng)過沉淀、離心分離，得到上層清液即粗木聚糖溶液。3)在步驟幻所得的粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，包括內(nèi)切β-木聚糖酶、外切 β -木聚糖酶和β -木二糖苷酶或其中的任意一種或兩種，使酶的濃度為0. 5 5g/L，在溫度30 50°C、轉(zhuǎn)速0 300r/min的條件下酶解0. 5 Mi。酶解液經(jīng)過真空蒸發(fā)器濃縮后進行冷凍干燥，即得到低聚木糖晶體。4)對步驟1)中獲得的固體殘渣進行蒸煮操作，方法如下在反應(yīng)釜內(nèi)加入一定量固體殘渣，加入堿使得用堿量占絕干殘渣量的8 12%，補加水使總液量與絕干殘渣量的比值為 10) 1，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜使料液混合均勻，50°C時開始計時，在Ih之內(nèi)使溫度升高到140 160°C，保溫0. 5 池后蒸煮完成。分離漿料和黑液。5)將步驟4)中獲得的漿料經(jīng)洗滌、篩選、除渣即得到紙漿。上述步驟1)中所述的秸稈原料為麥草、稻草或玉米秸稈。上述步驟1)和4)中所述的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。本發(fā)明提出的農(nóng)作物秸稈預(yù)處理結(jié)合常規(guī)堿法制漿工藝方法，將原料中的半纖維素、纖維素、木素等主要成分進行了綜合開發(fā)利用，具有如下優(yōu)點(1)得到了低聚木糖；(2)紙漿的纖維質(zhì)量及物理性能指標(biāo)提高；(3)黑液黏度降低，黑液固形物濃度和發(fā)熱量提高。


圖1為本發(fā)明生產(chǎn)制備低聚木糖與紙漿的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。下述實施例中所有方法如無特別說明均為常規(guī)方法。實施例1 以麥草為原料制備低聚木糖和紙漿步驟1)將麥草切斷至3 5cm，在反應(yīng)釜中加入絕干量為1. 2kg的原料，再加入占絕干原料量5%的氫氧化鈉，補加水使總液量與絕干物料的比值為5 1，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜使物料混合均勻。從50°C時開始計時，在Ih之內(nèi)使溫度升至130°C，在此溫度下保溫0. 5h后預(yù)處理完成。分離預(yù)提取液和固體殘渣。2)將獲得的預(yù)提取液用截留分子量為10000的聚醚砜超濾膜濃縮至總固形物濃度10%左右，再利用真空蒸發(fā)器將其蒸濃至總固形物濃度40%左右；然后用乙酸調(diào)節(jié)PH值到6，加入同體積的95%乙醇，經(jīng)過沉淀、離心分離，得到上層清液即粗木聚糖溶液。3)在粗木聚糖溶液中加入由內(nèi)切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶組成的木聚糖酶，使酶的濃度達到4g/L，在溫度為30 50°C、轉(zhuǎn)速為200r/min的條件下酶解4h。酶解液經(jīng)過真空蒸發(fā)器濃縮后再進行冷凍干燥，即得到低聚木糖晶體。測定低聚木糖的得率。4)對固體殘渣進行蒸煮操作，條件如下在反應(yīng)釜內(nèi)加入固體殘渣，加入氫氧化鈉使得用堿量占絕干殘渣量的10%，補加水使總液量與絕干殘渣量的比值為5 1，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜使料液混合均勻。50°C時開始計時，在Ih之內(nèi)使溫度升高到150°C，保溫0. 后蒸煮完成。分離漿料和黑液。5)漿料經(jīng)洗滌、篩選、除渣得到紙漿，分析測定紙漿的得率、纖維長度和白度。對紙漿進行打漿，使其打漿度達到42 45° SR，制作60g/m2的手抄片并檢測手抄片的抗張強度、撕裂強度和耐折度。將黑液進行總固形物濃度、黏度和發(fā)熱量等性能分析。6)將麥草按照常規(guī)方法進行堿法制漿，與上述預(yù)處理后蒸煮方法得到的紙漿進行對比。工藝條件如下；在反應(yīng)釜內(nèi)加入固體殘渣，加入氫氧化鈉使得用堿量占絕干殘渣量的 16%，補加水使其總液量與絕干物料的比值為5 1，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜使其混合均勻。50°C時開始計時，在Ih之內(nèi)使溫度升到150°C，保溫0.證后蒸煮完成。分離漿料和黑液，對漿料進行處理并對紙漿、黑液進行分析檢測。產(chǎn)品1)低聚木糖得率4· 73 % (對絕干原料)。性狀為白色結(jié)晶粉末，易溶于水。用途可應(yīng)用于食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，或用于進一步生產(chǎn)木糖醇、乙醇等產(chǎn)品。2)紙漿得到的紙漿為未漂紙漿，可根據(jù)需要進行漂白后生產(chǎn)文化用紙等產(chǎn)品，其性能如表1所示。表1紙漿性能
權(quán)利要求
1.一種制備低聚木糖和紙漿的方法，其特征在于以農(nóng)作物秸稈為原料，先進行稀堿預(yù)提取處理，對預(yù)提取液采用膜分離方法濃縮，然后通過沉淀、離心分離得到粗木聚糖溶液，再經(jīng)酶解、真空濃縮和冷凍干燥制備出低聚木糖；對預(yù)提取后的固體殘渣進行堿法蒸煮，再經(jīng)洗滌、篩選制備出紙漿。
2.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于原料為麥草、稻草或玉米秸稈。
3.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于預(yù)處理或蒸煮過程所用的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
4.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于預(yù)處理工藝條件為用堿量占絕干原料量的0% 10%，總液量與絕干原料量的比值為O. 5 10) 1，最高預(yù)處理溫度為110 140°C，保溫時間0. 5 2h。
5.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于預(yù)提取液先用截留分子量為5000 50000的超濾膜濃縮至總固形物濃度為10% 20%，然后用乙酸調(diào)節(jié)pH值為3 7，再加入1 2倍體積的95%乙醇，經(jīng)過沉淀、離心分離，得到粗木聚糖溶液。
6.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于在粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，包括內(nèi)切β-木聚糖酶、外切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶或其中的任意一種或兩種，酶解條件為酶的濃度為0. 5 5g/L，溫度30 50°C，轉(zhuǎn)速0 300r/min，時間0. 5 6h，再經(jīng)過真空濃縮和冷凍干燥得到低聚木糖。
7.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的方法，其特征在于對預(yù)處理后的固體殘渣進行蒸煮，工藝條件為用堿量占絕干殘渣量的8 12%，總液量與絕干殘渣量的比值為 10) 1， 最高溫度為140 160°C，保溫時間為0. 5 濁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備低聚木糖和紙漿的方法，屬于制漿和制漿綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。該方法以農(nóng)作物秸稈為原料，經(jīng)過預(yù)處理得到預(yù)提取液，采用膜分離方法將其濃縮，然后通過沉淀、離心分離得到粗木聚糖溶液，再經(jīng)過酶解、真空濃縮和冷凍干燥制備出低聚木糖。預(yù)處理后的固體殘渣進行堿法蒸煮，制備出纖維長度、白度、裂斷長、撕裂度和耐折度等指標(biāo)均有改善的未漂紙漿，產(chǎn)生的黑液具有黏度低、發(fā)熱量高等特點。本發(fā)明在優(yōu)化傳統(tǒng)堿法化學(xué)制漿工藝的基礎(chǔ)上，融合了綜合利用及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，制備出了高附加值產(chǎn)品——低聚木糖，提高了紙漿質(zhì)量和黑液的提取及蒸發(fā)燃燒性能。
文檔編號D21C1/06GK102277761SQ20111020176
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者馮文英, 張升友, 徐 明, 曹春昱, 蘇振華 申請人:中國制漿造紙研究院