專利名稱：一種利用木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
〔0001〕 本發(fā)明涉及一種高性能長纖維的制備方法，特別涉及一種木質(zhì)纖維素生物法制備 高性能長纖維的方法。
背景技術(shù)：
〔0002〕 我國擁有豐富的木質(zhì)纖維素資源，以農(nóng)作物秸桿為例，據(jù)《全國農(nóng)作物秸桿資源調(diào) 查與評價(jià)報(bào)告》顯示，我國農(nóng)作物秸桿可收集資源量接近7億噸，農(nóng)作物秸桿中含有3096以 上的纖維素組分，可作為潛在的、廣泛來源的高性能長纖維原料來源。
〔0003〕 纖維尤其是優(yōu)質(zhì)長纖維是造紙、紡織工業(yè)的重要原料，目前相關(guān)行業(yè)主要利用木 漿和棉漿制備纖維，但是受耕地資源限制，原料供求矛盾突出，原料的缺乏對行業(yè)發(fā)展形成 制約。因而利用來源廣泛的農(nóng)作物秸桿制備纖維原料對于行業(yè)的發(fā)展和原料替代意義重 大。
〔0004〕 但是造紙工業(yè)、紡織工業(yè)等利用植物纖維原料中的纖維細(xì)胞部分主要是長纖維部 分，而雜細(xì)胞、細(xì)小纖維部分(即短纖維部分)使產(chǎn)品的質(zhì)量下降，品位降低。尤其是秸桿類 木質(zhì)纖維素存在纖維短小、不均勻性突出、纖維含量少，雜細(xì)胞多的特點(diǎn)。因而需預(yù)先將纖 維原料的長纖維與短纖維分離。
〔0005〕目前，研究報(bào)道的關(guān)于長纖維與短纖維分離方法主要有纖維的水力疏解分級， 采用大量的水(物料濃度19(0將纖維疏解，重復(fù)多次，分別收集上浮的短纖維以 及下沉的長纖維，該工藝產(chǎn)生大量廢水，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。專利201110233853.6與 201020556882. 7發(fā)明了通過重力和離心力梳分長短纖維的裝備，但是均需要專門機(jī)械，并 且能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
〔0006〕 本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法。本發(fā)明 利用生物法處理纖維原料，通過發(fā)酵法去除纖維原料中的短纖維部分，富集長纖維，最終得 到纖維細(xì)胞面積含量大于9096的優(yōu)質(zhì)長纖維。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于農(nóng)作物秸桿的高性能長纖 維的制備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短纖維的高效、有效利用。該方法不需要特定設(shè)備與能耗投入，并且提 高了發(fā)酵性能。
〔0007〕 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
〔0008〕 將木質(zhì)纖維素預(yù)處理得到富含纖維組分的預(yù)處理纖維原料，發(fā)酵法處理纖維原 料，短纖維優(yōu)先發(fā)酵；長纖維得到富集，最終獲得纖維細(xì)胞面積含量大于9096的優(yōu)質(zhì)長纖 維。
〔0009〕 所述的木質(zhì)纖維素包括但不局限于小麥秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿、大麻、棉桿、菠 蘿葉、皇竹草中的一種或多種；優(yōu)選玉米稻桿和小麥稻桿中的一種或多種。
〔0010〕 所述的預(yù)處理方法包括但不局限于堿處理、機(jī)械粉碎、蒸汽爆破、微波處理、超聲 波處理、輻射處理、冷凍處理、纖維素溶劑處理、有機(jī)溶劑處理、稀酸預(yù)處理、氧化處理、超臨界萃取處理中的一種或多種方式的組合，最終達(dá)到去除秸桿中半纖維素與木質(zhì)素組分的目 的。所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的發(fā)酵方式 為吸附載體發(fā)酵，預(yù)處理木質(zhì)纖維素為固體載體，添加包含碳源、氮源和營養(yǎng)鹽的營養(yǎng)液作 為液體培養(yǎng)基，發(fā)酵類型包括但不局限于乙醇發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、2，3-丁二醇發(fā)酵、木糖 醇發(fā)酵，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比為1 : 3 1 : 20。所述的發(fā)酵過程中添加纖維素酶，添加量為5 15FPA/g載體，短纖維酶解制備的 單糖可被微生物利用。所述的高性能纖維產(chǎn)物分離采用擠壓機(jī)擠壓得到固形物，并用清水清洗，得到的 固體物質(zhì)即為生物法富集的高性能長纖維。本發(fā)明的有益效果在于1、本發(fā)明公開的一種生物法制備高性能長纖維的方法，通過發(fā)酵法去除纖維原料 中的短纖維，富集長纖維，是一種清潔、高效的制備高性能長纖維的方法。2、本發(fā)明公開的一種生物法制備高性能長纖維的方法，纖維原料中的短纖維部分 被微生物酶解利用，發(fā)酵性能得以提高。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1將小麥秸桿切至3 20cm，置于汽爆罐中，在1. 2MPa維持5min進(jìn)行汽爆處理，然 后用NaOH浸泡物料，水洗至中性后，加入丙酮丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基中，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比為 1 : 16,接種Clostridium acetobutylicum ATCC 824,然后加入纖維素酶進(jìn)行發(fā)酵，纖維素 酶添加量為8FPA/g載體。發(fā)酵結(jié)束后，纖維細(xì)胞含量提高到93%，且發(fā)酵后丙酮丁醇溶劑產(chǎn) 量比液體發(fā)酵對照試驗(yàn)提高了 53%。實(shí)施例2將玉米秸桿切至3 7cm，用1%硫酸于121°C酸處理，水洗至中性后，加入乙醇發(fā) 酵培養(yǎng)基中，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比為1 : 5，接種乙醇發(fā)酵菌株，同時(shí)加入纖維素酶進(jìn)行發(fā) 酵，纖維素酶添加量為12FPA/g載體。發(fā)酵結(jié)束后，纖維細(xì)胞含量提高到90%，發(fā)酵后乙醇產(chǎn) 量比液體發(fā)酵對照試驗(yàn)提高了 65%。實(shí)施例3將切碎、脫膠的菠蘿葉加入2，3-丁二醇發(fā)酵培養(yǎng)基中，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比為 1 12，接種后加入纖維素酶發(fā)酵，纖維素酶添加量為15FPA/g載體。發(fā)酵結(jié)束后，纖維細(xì) 胞含量提高到92%，發(fā)酵后2，3- 丁二醇產(chǎn)量比液體發(fā)酵對照試驗(yàn)提高了 47%。實(shí)施例4將粉碎、過氧乙酸處理的棉秸桿加入木糖醇發(fā)酵培養(yǎng)基中，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比 為1 : 10，接種后加入纖維素酶發(fā)酵，纖維素酶添加量為12FPA/g載體。發(fā)酵結(jié)束后，纖維 細(xì)胞含量提高到90%，發(fā)酵后木糖醇產(chǎn)量比液體發(fā)酵對照試驗(yàn)提高了 35%。
權(quán)利要求
1.一種木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，將木質(zhì)纖維素預(yù)處理得到富含纖維組分的預(yù)處理纖維原料，發(fā)酵法處理纖維原料，短纖維優(yōu)先發(fā)酵；長纖維得到富集，最終獲得纖維細(xì)胞面積含量大于90%的優(yōu)質(zhì)長纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的木質(zhì)纖維素包括但不局限于小麥秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿、大麻、棉桿、菠蘿葉、皇竹草中的ー種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的木質(zhì)纖維素包括但不局限于玉米稻桿和小麥稻桿中的ー種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的預(yù)處理方法包括但不局限于堿處理、機(jī)械粉碎、蒸汽爆破、微波處理、超聲波處理、輻射處理、冷凍處理、纖維素溶劑處理、有機(jī)溶劑處理、稀酸預(yù)處理、氧化處理、超臨界萃取處理中的ー種或多種方式的組合，最終達(dá)到去除秸桿中半纖維素與木質(zhì)素組分的目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的發(fā)酵方式為吸附載體發(fā)酵，預(yù)處理木質(zhì)纖維素為固體載體，添加包含碳源、氮源和營養(yǎng)鹽的營養(yǎng)液作為液體培養(yǎng)基，發(fā)酵類型包括但不局限于こ醇發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、2，3- 丁ニ醇發(fā)酵、木糖醇發(fā)酵，載體與發(fā)酵液質(zhì)量比為I : 3 I : 20。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的發(fā)酵過程中添加纖維素酶，添加量為5 15FPA/g載體，短纖維酶解制備的單糖可被微生物利用。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法，其特征在于所述的高性能纖維產(chǎn)物分離采用擠壓機(jī)擠壓得到固形物，并用清水清洗，得到的固體物質(zhì)即為生物法富集的高性能長纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用木質(zhì)纖維素生物法制備高性能長纖維的方法。本發(fā)明利用生物法處理纖維原料，可有效去除纖維原料中的短纖維組分，富集長纖維，最終得到纖維細(xì)胞面積含量大于90%的優(yōu)質(zhì)長纖維。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于木質(zhì)纖維素的高性能長纖維的制備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短纖維的高效、有效利用。
文檔編號D21C5/00GK102660885SQ201210149649
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者賀芹, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所