本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維素三組分分離方法。

背景技術(shù)：

隨著社會及經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對能源需求日益增加，隨著礦物燃料的日益枯竭以及煤炭資源的有限性和不可再生性，必然會導(dǎo)致資源供給不足。再加上使用礦物燃料帶來的愈發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題（如溫室效應(yīng)、酸雨等），積極尋找開發(fā)利用可再生資源已經(jīng)成為迫在眉睫的事情。

近年來，木質(zhì)纖維素這一可再生資源的開發(fā)利用日益引起人們的關(guān)注，顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢。木質(zhì)纖維素原料類物質(zhì)包括各類農(nóng)作物秸稈、木屑、玉米芯等。木質(zhì)纖維素原料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素組成微細(xì)纖維束，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的胞壁。半纖維素和木質(zhì)素分散在纖維束中及周圍。常見農(nóng)業(yè)秸稈中，這三種組分占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 70%~85%。目前，對木質(zhì)纖維素原料組分分離工藝主要有酸處理、氧化處理、以及有機(jī)溶劑處理方法等。但是以上處理方法存在著僅能回收部分組分，成本高昂等問題。如李春光等[玉米秸稈纖維素提取及半纖維素與木質(zhì)素脫除工藝探討[J]中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011,27(01):199-202]采用氫氧化鈉和亞氯酸鈉來進(jìn)行木質(zhì)纖維素組分的分離，但在此條件下，木質(zhì)素脫除率僅達(dá)到64.32 %且很難回收。李麗等[蘋果渣中纖維素、半纖維素的提取分離[J]食品科技，2008,40(01):132-136] 分別采取酸和傳統(tǒng)次氯酸鈉法及超聲波輔助法去除木質(zhì)素，但是同樣存在木質(zhì)素難以回收以及纖維素和半纖維素難以分離的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法， 其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

將木質(zhì)纖維素原料清洗干燥后粉碎得細(xì)粉，按液固比 20~30 mL/g將細(xì)粉與質(zhì)量濃度5%~7% 的氫氧化鈉溶液投入反應(yīng)器，再加入0.01-0.02倍細(xì)粉重量的多硫酸鈉加入多硫化鈉， 70~85°C下反應(yīng)2~3.5 h, 冷卻，抽濾，將濾渣清洗干燥后，按照料液比25~40 mL/g，加入質(zhì)量濃度為1%~1.5%的酸性亞氯酸鈉溶液，最后在65~75 ℃下反應(yīng)時(shí)間1~1.5h，真空抽濾，濾液備用，濾渣為得纖維素；

步驟2，半纖維素的分離

把步驟1的濾液用酸調(diào)pH至5~6，加入1~2倍濾液體積的工業(yè)乙醇沉淀3~6h，離心，濾液備用，濾渣為半纖維素；

步驟3，木質(zhì)素的分離

將步驟2的濾液濃縮至原體積的1/10，用酸調(diào)節(jié)pH為2~3，在50~60°C下反應(yīng)2~3.5 h，冷卻至室溫，真空抽濾后，回收濾液中的乙醇，濾渣為木質(zhì)素。

作為制備方法優(yōu)選的是，步驟1中所述的木質(zhì)纖維素原料為農(nóng)作物秸稈、樹葉或廢棄木料。

作為制備方法優(yōu)選的是，步驟1中木質(zhì)纖維素原料粉碎后過60-100目篩。

作為是步驟1中木質(zhì)纖維素原料粉碎的優(yōu)選的是，步驟1中木質(zhì)纖維素原料粉碎后過60目篩。

作為制備方法優(yōu)選的是，步驟1中的氫氧化鈉質(zhì)量濃度為7%，加入過硫化鈉的反應(yīng)溫度為80℃，料液比30mL/g。

作為制備方法優(yōu)選的是，步驟2中濾渣在溫度為-50℃，壓強(qiáng)為5Pa干燥6h得半纖維素。

纖維素、半纖維素和木質(zhì)素純度測定：按照NREL法，該法通過用 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72% 的濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的稀硫酸兩步水解試樣，使木質(zhì)纖維素中的組分水解成易定量的物質(zhì)。其中，纖維素、半纖維素水解生成單糖，采用高效液相色譜法進(jìn)行定量, 而木質(zhì)素采用灼燒法定量。

有益效果

本發(fā)明的的優(yōu)點(diǎn)是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的損失小。得率分別為82.1%,86.5%,72.3%，提取的產(chǎn)品純度高，分別為88.7%，84.9%，93.2%。所用的NaOH，Na₂Sx，H₂SO₄，H₂O₂試劑價(jià)格低廉，整體工藝過程簡單，操作方便，反應(yīng)完的酸堿廢液可以互相中和，減少環(huán)境污染，回收乙醇后的溶劑可以重復(fù)利用，同時(shí)該工藝反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)時(shí)間較少，生產(chǎn)成本很低。

附圖說明

圖 1 為本發(fā)明實(shí)施例1的纖維素的紅外光譜圖；

圖 2為本發(fā)明實(shí)施例1的半纖維素的紅外光譜圖；

圖 3 為本發(fā)明實(shí)施例1的木質(zhì)素的紅外光譜圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

將玉米芯粉清洗干燥后粉碎至60目細(xì)粉，按液固比30 mL/g將細(xì)粉與質(zhì)量濃度為6%的NaOH溶液投入反應(yīng)器中，再加入0.01-0.02倍細(xì)分重量的多硫化鈉，在溫度75°C下反應(yīng)3 h, 冷卻至室溫，真空抽濾并用蒸餾水清洗濾餅，將濾餅清洗干燥后，按照料液比30mL/g加入質(zhì)量濃度為1%的酸性亞氯酸鈉溶液， 70℃下反應(yīng)時(shí)間1~1.5h，真空抽濾，濾液備用，濾渣即為纖維素。，纖維素的紅外光譜圖見圖1，紅外光譜特征譜帶主要位于1060cm^－1左右， 而且在峰的兩側(cè)有很多弱的吸收峰表明纖維素分子中羥基和醚鍵的吸收，其中波數(shù)1158 cm^－1特征峰是纖維素結(jié)構(gòu)特征峰。此外，對應(yīng)羥基的伸縮振動，在3400 cm^－1附近也有很強(qiáng)、很寬的吸收譜帶。將纖維素清洗干燥后計(jì)算纖維素純度為88.7%，總回收率82.1%％。

步驟2，半纖維素的分離

把步驟1的濾液用醋酸調(diào)pH為5.5，加入1.5倍體積的工業(yè)乙醇進(jìn)行醇析沉淀5h, 有絮狀沉淀產(chǎn)生，通過離心將沉淀與濾液分離，濾液備用，濾渣即為半纖維素。半纖維素的紅外光譜圖見圖2，在3 400 cm^－1附近有很強(qiáng)、的半纖維素紅外吸收譜帶，這是羥基的伸縮振動，半纖維素特征譜帶主要位于 1 040 cm^－1左右，為木聚糖的特征峰。洗凈干燥后計(jì)算半纖維素的純度為86.5%，總回收率為84.9%。

步驟3，木質(zhì)素的分離

將步驟2的濾液濃縮至原來體積的1/10，用硫酸調(diào)節(jié)pH為2.5，在溫度55°C下反應(yīng)2.5h，冷卻至室溫，真空抽濾后，回收濾液中乙醇，濾渣為木質(zhì)素。木質(zhì)素的紅外光譜圖見圖3，木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)：1610～1600cm^－1和1 520～1500 cm^－1，屬苯環(huán)骨架振動，其中1505 cm^－1附近特征峰是強(qiáng)烈的苯環(huán)骨架振動帶，為木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)的特征振動，用來鑒別木質(zhì)素的存在。洗凈干燥后就算得木質(zhì)素的純度為72.3%，總回收率為93.2%。

實(shí)施例2

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

用玉米秸稈替代玉米芯，加入NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.5%；其余的同實(shí)施例 1 的步驟 1，其中纖維素純度為87.9%，總回收率81.7%％。

步驟2和步驟3同實(shí)施例1，其中半纖維素的純度為87.4%，總回收率為83.4%，木質(zhì)素的純度為73.1%，總回收率為91.1%。

實(shí)施例3

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

用蘆蒿秸稈替代玉米芯，加入NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%；其余的同實(shí)施例 1 的步驟 1，其中，纖維素純度為89.4%，總回收率77.6%％。

步驟2和步驟3同實(shí)施例1，其中半纖維素的純度為85.8%，總回收率為80.6%，木質(zhì)素的純度為74.2%，總回收率為90.6%。

實(shí)施例4

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

用楊柳樹葉替代玉米芯，加入NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%；其余的同實(shí)施例 1 的步驟 1，其中，纖維素純度為85.3%，總回收率75.7%％。

步驟2和步驟3同實(shí)施例1，其中半纖維素的純度為為85.3%，總回收率為80.5%，木質(zhì)素的純度為76.2%，總回收率為86.2%。

實(shí)施例5

一種木質(zhì)纖維素原料三組分分離的方法，包括以下步驟：

步驟1，纖維素的分離

用去筋后得竹子替代玉米芯，加入NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%，多硫化鈉的量為細(xì)粉的0.02倍；其余的同實(shí)施例 1 的步驟 1，其中，纖維素純度為87.8%，總回收率74.2%％。

步驟2和步驟3同實(shí)施例1，其中半纖維素的純度為為86.3%，總回收率為80.8%，木質(zhì)素的純度為76.5%，總回收率為85.4%。

從實(shí)施例1-5可以看出，本發(fā)明方法分離纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的方法效果好，純度高，原料來源廣泛，成本低廉，適合產(chǎn)業(yè)化。