專利名稱：一種用甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法，屬生物化工范圍。
背景技術(shù)：
羧甲基纖維素(以下簡(jiǎn)稱為“CMC”)是由天然纖維素經(jīng)生物化學(xué)改性而制得的水 溶性纖維素醚類衍生物，是一種重要的水溶性纖維素醚，通常應(yīng)用其鈉鹽。現(xiàn)行CMC主要制 備方法為溶劑法，工藝復(fù)雜，且以棉花為原料，成本高。本發(fā)明用甘蔗渣作原料，采用生物催 化法結(jié)合現(xiàn)代化工技術(shù)制備CMC并副產(chǎn)木質(zhì)素，具有科學(xué)原理清楚、配方合理、工藝簡(jiǎn)潔、 可連續(xù)化操作的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)成本低廉、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的特點(diǎn)。目前還沒發(fā)現(xiàn)用甘蔗渣制CMC 同時(shí)副產(chǎn)生木質(zhì)素的專利公告。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是克服現(xiàn)行CMC制備方法工藝復(fù)雜，用棉花作原料成本高等缺 點(diǎn)，利用蔗糖工業(yè)副產(chǎn)的甘蔗渣制備CMC，同時(shí)避免在獲取纖維素過程中木質(zhì)素變?yōu)閺U料而 成污染源，使之保持其高純?cè)|(zhì)而成為有益的資源。甘蔗渣是農(nóng)業(yè)固型廢棄物中的一種，用 甘蔗渣作原料生產(chǎn)CMC和木質(zhì)素，不但能有效增加蔗糖工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)省棉花資源，還 實(shí)現(xiàn)零排放有利于環(huán)境保護(hù)，對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)意義重大。本發(fā)明的主要技術(shù)方案是1、甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入其重量2-3倍的水，再加入甘 蔗渣重量百分比0. 05%-0. 10%的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫40-50°C，反應(yīng)1_3小時(shí)一 壓榨過濾一干燥一得菌處理甘蔗渣。2、將菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入其重量5-10倍的異丙醇，再加 入菌處理甘蔗渣重量百分比0.3% -0.8%的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫 100-150°C，反應(yīng)1-3小時(shí)一壓榨過濾一濾渣干燥一得甘蔗渣纖維。濾液蒸餾回收異丙醇循 環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)礈斓媚举|(zhì)素。3、甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，加入其重量4-6倍的85%乙醇，再加入甘蔗渣 纖維素重量百分比30% -70%的固體氫氧化鈉，40-60°C，攪拌30-50分鐘；而后，加入甘蔗 渣纖維素重量百分比0. 1 % -0. 5%的復(fù)合反應(yīng)催化劑，40-50°C，反應(yīng)20分鐘；然后，加入甘 蔗渣纖維素重量百分比50%-90%的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后升 溫至50-80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3-5小時(shí)，停止反應(yīng)。用醋酸中和得到的反應(yīng)產(chǎn)物到pH9. 0，離 心，離心后的乙醇回收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到 CMC。4、所用的脫木質(zhì)素菌是一種L型白腐菌，主要作用是斷開木質(zhì)素和纖維素的連 接。5、所用的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑是由下述重量份數(shù)的原料混合組成的納米二氧 化硅40 %，亞硫酸鈉30 %，碳酸鈉30 %，混合均勻。
6、所用的復(fù)合反應(yīng)催化劑是由下述重量份數(shù)的原料混合組成的三偏磷酸鈉 50 %，氯化鎂25 %，氯化鈉25 %，混合均勻。本發(fā)明有益效果是，以甘蔗渣替代棉花作原料制備CMC并副產(chǎn)木質(zhì)素，一舉解決 用棉花作原料成本高還競(jìng)爭(zhēng)民生資源和保持木質(zhì)素原質(zhì)使之成為有益資源的兩大難題，不 但改變CMC行業(yè)用棉花作原料的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，還較棉花基CMC工藝技術(shù)降低成本70 %，同 時(shí)由于木質(zhì)素得以資源化利用又進(jìn)一步增加收益還實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程零排放。具有配方合理、 工藝簡(jiǎn)潔、可連續(xù)化操作、生產(chǎn)零排放和產(chǎn)品優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，加上甘蔗渣成本低廉，使大規(guī)模 商業(yè)化生產(chǎn)CMC成為可行。
具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明更進(jìn)一步說明實(shí)施例一1、100公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入200公斤的水，再加入 0. 05公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫40°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌處理 甘蔗渣95公斤。2、將95公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入500公斤的異丙醇，再加入 0. 29公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫100°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一濾 渣干燥一得甘蔗渣纖維55公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟礈斓?木質(zhì)素18公斤。3、55公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入220公斤的85%的乙醇，再加 入17公斤的固體氫氧化鈉，40°C，攪拌30分鐘后，再加入0. 06公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 50°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入觀公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到68公斤CMC。實(shí)施例二1、200公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入600公斤的水，再加入 0. 2公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫45°C，反應(yīng)1小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌處理 甘蔗渣190公斤。2、將190公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入1140公斤的異丙醇，再加 入0. 8公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫120°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一濾 渣干燥一得甘蔗渣纖維116公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟礈?得木質(zhì)素32公斤。3、116公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入696公斤的85%的乙醇，再 加入47公斤的固體氫氧化鈉，45°C，攪拌40分鐘后，再加入0. 20公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 45°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入66公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至700C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到140公斤CMC。實(shí)施例三1、200公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入500公斤的水，再加入
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0. 12公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫40°C，反應(yīng)1. 5小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌處 理甘蔗渣185公斤。2、將185公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入925公斤的異丙醇，再加入 0. 74公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫130°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一濾 渣干燥一得甘蔗渣纖維120公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟礈?得木質(zhì)素36公斤。3、120公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入650公斤的85%的乙醇，再 加入75公斤的固體氫氧化鈉，45°C，攪拌30分鐘后，再加入0. 39公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 50°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入78公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到152公斤CMC。實(shí)施例四1、300公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入700公斤的水，再加入 0. 24公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫45°C，反應(yīng)3小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌處理 甘蔗渣285公斤。2、將285公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入2280公斤的異丙醇，再加 入2. 0公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫140°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一濾 渣干燥一得甘蔗渣纖維195公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟礈?得木質(zhì)素60公斤。3,195公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入1080公斤的85%的乙醇，再 加入65公斤的固體氫氧化鈉，50°C，攪拌40分鐘后，再加入0. 78公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 50°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入118公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到260公斤CMC。實(shí)施例五1,400公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入1200公斤的水，再加 入0. 36公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫45°C，反應(yīng)2. 5小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌 處理甘蔗渣380公斤。2、將380公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入沈60公斤的異丙醇，再加 入1. 52公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫130°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一 濾渣干燥一得甘蔗渣纖維228公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟?滌得木質(zhì)素70公斤。3,228公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入10 公斤的85%的乙醇，再 加入92公斤的固體氫氧化鈉，50°C，攪拌30分鐘后，再加入0. 68公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 50°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入136公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到四6公斤CMC。實(shí)施例六1,600公斤甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入1200公斤的水，再加入0. 6公斤的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫45°C，反應(yīng)2. 5小時(shí)一壓榨過濾一干燥一得菌 處理甘蔗渣570公斤。2、將570公斤菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入3000公斤的異丙醇，再加 入1. 80公斤的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫140°C，反應(yīng)2小時(shí)一壓榨過濾一 濾渣干燥一得甘蔗渣纖維350公斤。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸餾后的殘?jiān)盟?滌得木質(zhì)素118公斤。3,350公斤甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，然后加入1400公斤的85%的乙醇，再 加入120公斤的固體氫氧化鈉，35°C，攪拌30分鐘后，再加入1. 2公斤的復(fù)合反應(yīng)催化劑， 50°C反應(yīng)20分鐘，然后再加入176公斤的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后 升溫至80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，停止反應(yīng)，用醋酸中和到pH9. 0，離心，離心后的乙醇回 收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到450公斤CMC。
權(quán)利要求
1.用甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于1)甘蔗渣一粉碎至80目一加入反應(yīng)罐中，然后加入其重量2-3倍的水，再加入甘蔗渣 重量百分比0. 05% -0. 10%的脫木質(zhì)素菌，混合均勻后，保溫40-50°C，反應(yīng)1_3小時(shí)一壓榨 過濾一干燥一得菌處理甘蔗渣。2)將菌處理甘蔗渣一加入反應(yīng)罐中，然后加入其重量5-10倍的異丙醇，再加入菌處理 甘蔗渣重量百分比0. 3% -0. 8%的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑，混合均勻后，升溫100-150°C， 反應(yīng)1-3小時(shí)一壓榨過濾一濾渣干燥一得甘蔗渣纖維。濾液蒸餾回收異丙醇循環(huán)使用，蒸 餾后的殘?jiān)礈斓媚举|(zhì)素。3)甘蔗渣纖維素一加入反應(yīng)罐中，加入其重量4-6倍的85%乙醇，再加入甘蔗渣纖維 素重量百分比30% -70%的固體氫氧化鈉，40-60°C，攪拌30-50分鐘；而后，加入甘蔗渣纖 維素重量百分比0. 1 % -0. 5%的復(fù)合反應(yīng)催化劑，40-50°C，反應(yīng)20分鐘；然后，加入甘蔗渣 纖維素重量百分比50%-90%的氯乙酸(用90%乙醇配成50%的溶液)。加完后升溫至 50-80°C反應(yīng)，攪拌反應(yīng)3-5小時(shí)，停止反應(yīng)。用醋酸中和得到的反應(yīng)產(chǎn)物到pH9. 0，離心，離 心后的乙醇回收循環(huán)使用，固體用80%乙醇洗兩遍后，90°C干燥到水分< 10%，得到羧甲 基纖維素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于 所用的脫木質(zhì)素菌是一種L型白腐菌，主要作用是斷開木質(zhì)素和纖維素的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于 所用的提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑是由下述重量份數(shù)的原料混合組成的納米二氧化硅40%， 亞硫酸鈉30 %，碳酸鈉30 %，混合均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從甘蔗渣制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于 所用的復(fù)合反應(yīng)催化劑是由下述重量份數(shù)的原料混合組成的三偏磷酸鈉50%，氯化鎂 25 %，氯化鈉25 %，混合均勻。
全文摘要
一種用甘蔗渣制備羧甲基纖維素(下簡(jiǎn)稱CMC)和木質(zhì)素的方法，屬生物化工范圍。主要采用生物催化法結(jié)合現(xiàn)代化工技術(shù)實(shí)現(xiàn)用蔗渣替代棉花制備CMC并副產(chǎn)木質(zhì)素，一舉解決棉花原料成本高且競(jìng)爭(zhēng)民生資源、保持木質(zhì)素原質(zhì)成為有益資源的兩大難題。技術(shù)方案要點(diǎn)①用脫木質(zhì)素菌將蔗渣處置成菌處理蔗渣；②菌處理蔗渣經(jīng)異丙醇、提取木質(zhì)素復(fù)合催化劑等處理后得蔗渣纖維；③對(duì)蔗渣纖維依次加入乙醇、固體氫氧化鈉、復(fù)合反應(yīng)催化劑、氯乙酸進(jìn)行反應(yīng)；④醋酸中和反應(yīng)產(chǎn)物；⑤離心、洗滌、干燥得到CMC。過程中產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)洗滌得木質(zhì)素。具有原理清楚、配方合理、工藝簡(jiǎn)潔、可連續(xù)化操作、零排放、成本低和產(chǎn)品優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，且蔗渣價(jià)廉，大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)CMC可行。
文檔編號(hào)C07G1/00GK102108099SQ20091011468
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者理琳 申請(qǐng)人:理琳