專利名稱：一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于秸稈利用領(lǐng)域，特別涉及一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜 合利用的方法。
背景技術(shù)：
中國的秸稈資源很豐富，年產(chǎn)量大約7億噸，但是現(xiàn)在大部分沒有得到有效利用。秸稈中的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，纖維素分子是一種葡萄糖苷通過 β-1，4糖苷鍵連接起來的鏈狀聚合體，半纖維素是一大類結(jié)構(gòu)不同的多聚糖的統(tǒng)稱，如聚 木糖、聚阿拉伯糖、聚甘露糖、聚半乳糖等，其中最主要的成分是聚木糖，木質(zhì)素是一類由苯 丙烷單元通過醚鍵和碳-碳鍵連接的復雜無定型物。木質(zhì)素和半纖維素一起作為細胞間質(zhì) 填充在細胞壁的微細纖維之間，加固木化組織的細胞壁，也存在于細胞間層把相鄰的細胞 粘結(jié)在一起。木質(zhì)素和半纖維素形成牢固結(jié)合層，緊緊地包圍著纖維素，因此要想利用纖維 素，就必須先進行預處理，脫除掉半纖維素和木質(zhì)素。脫除半纖維的預處理方法有很多，最簡單常用的方法為稀酸預處理。稀酸處理一般是將原料用10%左右的酸液在100°C 200°C的高溫下進行幾個小 時的處理，稀酸處理后半纖維素水解成單糖，木質(zhì)素量不變，而纖維素的平均聚合度下降， 原料中纖維的長度也降低。秸稈經(jīng)預處理脫除半纖維并提取五碳糖后，剩下木質(zhì)素和纖維素，再經(jīng)過堿處理 后可分別得到木質(zhì)素與纖維素，纖維素可再轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品，實現(xiàn)綜合利用。經(jīng)過稀酸及高溫堿處理后的秸稈，文獻中(中國發(fā)明專利CN1565761A)常將其用 于造紙，而實際上經(jīng)過稀酸及堿處理后的秸稈其纖維的長度降低，并不適合于造紙。針對以上情況，本發(fā)明提出了一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜 合利用的方法，針對稀酸處理后秸稈的特點，實現(xiàn)木質(zhì)素、纖維素的綜合利用。本發(fā)明的技術(shù)路線對于稀酸預處理提取五碳糖后的秸稈，經(jīng)堿處理提取木質(zhì)素，剩下的纖維長度降 低，與玉米漿混合后用于發(fā)酵飼料。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的提取糖五碳后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，所述方法包 括下列步驟1)秸稈經(jīng)稀酸除去半纖維素后，剩下的固形物送到堿萃取罐，加入五到七倍于水 解渣的濃度為2%的氫氧化鈉溶液在150 160°C的溫度下保溫2到3小時，處理后的物料與進入堿萃取罐的固形物在固體流波面板換熱器中進行換熱，固形物被預熱，堿處理物料 冷卻后分離成萃取液與萃取渣兩部分；2)堿處理后的萃取液先經(jīng)過80 100目的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到 兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液返回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流 體送入中和罐，加入硫酸將其PH值調(diào)到4. 5 5，然后送入臥式螺旋卸料沉降離心機離心機 進行離心分離，分離后的清液送污水廠，去掉清液后的固形物送到洗滌罐用三倍于固形物 的清水進行洗滌，然后再用臥式螺旋卸料沉降離心機離心機進行離心分離，分離出的清液 也送去污水廠，剩下的固形物用沸騰床烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率約為原料中 所含木質(zhì)素的70 80% ；3)堿處理后的萃取渣，加入適量的玉米漿送入固態(tài)發(fā)酵池，然后接入菌種通風發(fā) 酵四天，再在無氧條件下發(fā)酵一定時間即生產(chǎn)出蛋白含量25%左右的飼料。飼料的得率約 為原料的40 50% ；本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)堿處理后的物料熱量進行了回收，減少了能量消耗；(2)得到了高純度木質(zhì)素，用途廣泛；(3)秸稈經(jīng)酸處理后，大部分半纖維素被除去，纖維的長度減小，經(jīng)堿處理后的萃 取渣是比較純凈的短纖維，纖維變短后容易降解，適合用于發(fā)酵飼料，而且經(jīng)好氧、厭氧發(fā) 酵后，飼料易消化吸收，口感好，蛋白含量高，提高了產(chǎn)品附加值；(4)實現(xiàn)了秸稈三組分的全利用，提高了經(jīng)濟效益，并且沒有污染物排放，實現(xiàn)了
清潔生產(chǎn)。


圖1、圖2是本發(fā)明的技術(shù)路線圖1-冷的秸稈酸水解渣2-NaOH溶液3_堿萃取罐4_冷卻后的堿處理物料5-螺旋擠壓機或板框過濾機6-萃取渣7-萃取液8-玉米漿9_菌種10-飼料11-固態(tài)發(fā)酵罐12-NaOH溶液13-超濾膜14-酸15-攪拌機16-離心機17-干燥機18-木質(zhì)素19-廢水20-污水廠21-預熱后水解渣22-熱的堿處理物料23-固體換熱器
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。實施例1秸稈經(jīng)粉碎并洗滌后送入水解罐，經(jīng)稀硫酸預處理后，分別得到糖液和水解渣，糖 液中主要為五碳糖。將水解渣送到堿萃取罐，該罐加入5倍于水解渣的濃度為2%的氫氧 化鈉溶液在160°C的溫度下保溫3小時，然后送去擠壓機進行擠壓分離。萃取液先經(jīng)過100 目的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液 返回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流體送入中和罐，加入硫酸將其PH值調(diào)到5，然后 送入離心機進行離心分離，分離后的清液送污水廠，去掉清液后的固形物送到洗滌罐用三 倍于固形物的清水進行洗滌，然后再用離心機進行離心分離，分離出的清液也送去污水廠，剩下的固形物用氣流干燥法烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率約為原料中所含木質(zhì)素 的80%。分離后的萃取渣(萃取渣種絕干物質(zhì)的量是原料量的50%)加入適量的玉米漿 送入固態(tài)發(fā)酵池，然后接入菌種通風發(fā)酵四天，再在無氧條件下發(fā)酵一定時間即生產(chǎn)出蛋 白含量23%的飼料。飼料的得率約為原料的45%。實施例2秸稈經(jīng)粉碎并洗滌后送入水解罐，經(jīng)稀硫酸預處理后，分別得到糖液和水解渣，糖 液中主要為五碳糖。將水解渣送到堿萃取罐，該罐加入6于水解渣的濃度為2%的氫氧化鈉 溶液在150°C的溫度下保溫2.5小時，然后送去擠壓機進行擠壓分離。萃取液先經(jīng)過100目 的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液返 回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流體送入中和罐，加入硫酸將其PH值調(diào)到4. 5，然后 送入離心機進行離心分離，分離后的清液送污水廠，去掉清液后的固形物送到洗滌罐用三 倍于固形物的清水進行洗滌，然后再用離心機進行離心分離，分離出的清液也送去污水廠， 剩下的固形物用氣流干燥法烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率約為原料中所含木質(zhì)素 的75%。分離后的萃取渣(萃取渣種絕干物質(zhì)的量是原料量的43%)加入適量的玉米漿 送入固態(tài)發(fā)酵池，然后接入菌種通風發(fā)酵四天，再在無氧條件下發(fā)酵一定時間即生產(chǎn)出蛋 白含量25%的飼料。飼料的得率約為原料的43%。實施例3秸稈經(jīng)粉碎并洗滌后送入水解罐，經(jīng)稀硫酸預處理后，分別得到糖液和水解渣，糖 液中主要為五碳糖。將水解渣送到堿萃取罐，該罐加入7倍于水解渣的濃度為2%的氫氧化 鈉溶液在160°C的溫度下保溫3小時，然后送去擠壓機進行擠壓分離。萃取液先經(jīng)過80目 的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液返 回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流體送入中和罐，加入硫酸將其PH值調(diào)到4. 5，然后 送入離心機進行離心分離，分離后的清液送污水廠，去掉清液后的固形物送到洗滌罐用三 倍于固形物的清水進行洗滌，然后再用離心機進行離心分離，分離出的清液也送去污水廠， 剩下的固形物用氣流干燥法烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率約為原料中所含木質(zhì)素 的70%。分離后的萃取渣(萃取渣種絕干物質(zhì)的量是原料量的40% )加入適量的玉米漿 送入固態(tài)發(fā)酵池，然后接入菌種通風發(fā)酵四天，再在無氧條件下發(fā)酵一定時間即生產(chǎn)出蛋 白含量24%的飼料。飼料的得率約為原料的41%。實施例4秸稈經(jīng)粉碎并洗滌后送入水解罐，經(jīng)稀硫酸預處理后，分別得到糖液和水解渣，糖 液中主要為五碳糖。將水解渣送到堿萃取罐，該罐加入5倍于水解渣的濃度為2%的氫氧化 鈉溶液在154°C的溫度下保溫2小時，然后送去擠壓機進行擠壓分離。萃取液先經(jīng)過90目 的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液返 回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流體送入中和罐，加入硫酸將其PH值調(diào)到4. 6，然后 送入離心機進行離心分離，分離后的清液送污水廠，去掉清液后的固形物送到洗滌罐用三 倍于固形物的清水進行洗滌，然后再用離心機進行離心分離，分離出的清液也送去污水廠， 剩下的固形物用氣流干燥法烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率約為原料中所含木質(zhì)素 的78%。分離后的萃取渣(萃取渣種絕干物質(zhì)的量是原料量的43%)加入適量的玉米漿 送入固態(tài)發(fā)酵池，然后接入菌種通風發(fā)酵四天，再在無氧條件下發(fā)酵一定時間即生產(chǎn)出蛋白含量26%左右的飼料。飼料的得率約為原料的50%。
權(quán)利要求
一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，所述方法包括下列步驟1)秸稈經(jīng)稀酸預處理提取五碳糖后，剩下的固形物送到堿萃取罐，加入五到七倍于水解渣的氫氧化鈉溶液在高溫下進行堿處理，處理后的物料與進入堿萃取罐的固形物進行換熱，固形物被預熱，堿處理物料冷卻后分離成萃取液與萃取渣兩部分；2)堿處理后的萃取液先經(jīng)過80～100目的篩子過濾，然后經(jīng)過超濾膜過濾后得到兩股流體，透過超濾膜的流體為氫氧化鈉溶液返回萃取罐循環(huán)利用，被超濾膜截留下的流體經(jīng)酸中和后使用臥式螺旋卸料沉降離心機離心，得到的固形物經(jīng)沸騰床烘干后即得高純度木質(zhì)素，木質(zhì)素得率為原料中所含木質(zhì)素的70～80％；3)堿處理后的萃取渣，加入適量的玉米漿經(jīng)好氧、厭氧順次固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)出蛋白含量20～25％的飼料，飼料的得率為原料的40～50％；
2.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于堿萃取罐的材料為不銹鋼、玻璃鋼、或玻璃鋼/聚氯乙烯、玻璃鋼/聚丙烯復合材料中 的任意一種；
3.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于堿處理后物料的分離方式為板框過濾或螺旋擠壓機擠壓分離；
4.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于堿萃取罐中處理后的物料與進入堿萃取罐的固形物的換熱設(shè)備選用固體流波面板換 熱器；
5.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于氫氧化鈉溶液的濃度為2%，堿處理的溫度為150 160°C，處理時間為2 3小時；
6.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于超濾膜材料可選聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜或陶瓷中的任意一種；
7.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于超濾膜的分子量為1000 30000 ；
8.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于堿處理后的萃取渣與玉米漿的比例為1 1 2 1;
9.按權(quán)利要求1所述的提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，其特征 在于好氧固態(tài)發(fā)酵菌種為斜臥青霉與黃孢原毛平革菌的混合菌種，厭氧固態(tài)發(fā)酵菌種為 植物乳桿菌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提取五碳糖后秸稈的纖維素、木質(zhì)素綜合利用的方法，本發(fā)明的方法包括秸稈經(jīng)稀酸預處理提取五碳糖后，在堿萃取罐中進行高溫堿蒸煮處理，得到的萃取液經(jīng)超濾膜過濾，透過的流體進行堿液回收，截留的流體經(jīng)中和后離心，得到的固形物干燥后即得高純度木質(zhì)素，堿處理后的萃取渣，加入適量的玉米漿經(jīng)好氧、厭氧順次固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)飼料。本發(fā)明的方法實現(xiàn)了秸稈高附加值的綜合利用，并且沒有污染物排放，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，具有良好的社會意義與經(jīng)濟效益。
文檔編號C07G1/00GK101941993SQ20091008809
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者丁文勇, 生曉東, 陳洪章, 馬保華 申請人:中國科學院過程工程研究所;香港來禾生物科技有限公司