一種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于廢棄物資源化利用和環(huán)境保護領域技術領域，具體涉及一種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法。
【背景技術】
[0002]利用廢棄的木質纖維素生產化學品、生物燃料和生物基材料不僅變廢為寶，還減少環(huán)境污染，已成為近年來的研究熱點。木質纖維素的成分及結構復雜，主要由纖維素、半纖維素和木質素通過共價和非共價鍵結合而成。木質纖維素的開發(fā)利用主要針對這三種組分展開。
[0003]將纖維素和半纖維素降解為可發(fā)酵糖作為微生物發(fā)酵的碳源生產生物燃料、生物化學品等是木質纖維素開發(fā)利用的一個方面。通常采用的技術手段為預處理、酶解和發(fā)酵。預處理主要打破木質纖維素各組分之間的連接，破壞其致密結構，使得纖維素和半纖維素更高效地被酶降解為可發(fā)酵糖。預處理的方法可歸為四大類:生物法、物理法、化學法和綜合法。堿處理是化學法的一種，與酸、雙氧水和臭氧等預處理相比，其去除木質素的效果更好，且更容易斷裂木質素、纖維素和半纖維素之間的酯鍵連接，能極大地提高纖維素的酶解效率。然而，堿處理會產生大量廢液，造成環(huán)境污染，不利于其產業(yè)化應用。因此，合理處理堿處理木質纖維素廢液，降低其環(huán)境污染程度成為該技術產業(yè)化應用的關鍵。
[0004]中國專利CN102251428A公布了一種秸桿類木質纖維素原料處理產生的黑液的處理方法，采用堿性絮凝劑將黑液中的木質素絮凝后固液分離，得到的黑液通過濃縮或添加堿液的方式調整NaOH含量為1.0?2.0%后繼續(xù)被用于處理木質纖維素，從而實現(xiàn)黑液的重復利用并降低水耗。中國專利CN 101555667 B公布了一種木質纖維素原料的生物煉制方法，涉及了重復利用堿處理黑液預浸漬木質纖維素原料或者將黑液酸化制備堿木質素，所剩廢水經脫毒后用于發(fā)酵。中國專利CN 102839198 B公布了一種超聲波強化堿性過氧化氫預處理木質纖維素的方法，通過酸析法回收預處理液中的半纖維素和木質素。以上專利均對堿處理黑液中的木質素進行析出，所得廢液要么被調整堿濃度后繼續(xù)用于預處理，要么被脫毒后用于發(fā)酵，在一定程度上降低了水耗和環(huán)境污染。本發(fā)明的不同之處在于將堿處理廢液重復用于預處理和酶解，不僅獲得了堿木質素，而且實現(xiàn)了廢水重復利用及零排放的目的。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法，實現(xiàn)堿處理木質纖維素廢液的重復利用及零排放。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0008](1)采用堿液在溫度為60?80°C、固液比1:10?1:20的條件下處理木質纖維素2?3h，進行固液分離，得到木質纖維素處理殘渣和廢液I ;
[0009](2)將水預熱，用預熱水以每次5?10mL/g的量洗滌步驟1的木質纖維素處理殘渣3?4次，每次洗滌后將物料擠干，收集洗滌廢液II ；
[0010](3)用有機酸調節(jié)廢液I和廢液II的pH為4?5，析出木質素，離心分離獲得堿木質素、上清液1^和用于沼氣發(fā)酵的上清液1:，上清液11:與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣混合；
[0011](4)用堿或有機酸調節(jié)上清液IL與步驟2中的木質纖維素處理殘渣混合體系的pH至4.8?5.5后，調整固液比為1:5?1:20，按照15?40FPU/g纖維素的量加入纖維素酶酶解，得到含有可發(fā)酵糖的水解液。
[0012]本發(fā)明所提出的木質纖維素廢液回收利用的方法可實現(xiàn)木質纖維素堿預處理過程中廢液的重復利用，不造成環(huán)境污染，同時減少木質纖維素酶解過程的水耗，降低了工藝運營成本。
[0013]木質素是是一種廣泛存在于植物體中的無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物。木質素受堿的作用，發(fā)生一定程度的堿性水解，使其溶解度增加，而被抽提出來，經沉淀分離，得到的木質素稱為堿木質素。
[0014]優(yōu)選地，步驟1中所述堿液的質量濃度為1?2 %。
[0015]優(yōu)選地，步驟1中所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，所述固液分離采取過濾方式，所述過濾方式為篩網過濾。
[0016]優(yōu)選地，步驟2中所述水的預熱溫度為40?50°C，物料擠干方式為螺旋擠壓。
[0017]優(yōu)選地，步驟3中所述有機酸為乙酸或檸檬酸。
[0018]優(yōu)選地，步驟4所述酶解的條件為:在50°C，80?120rpm條件下酶解72?96h。
[0019]優(yōu)選地，剩余廢液可用堿調整堿度后作為步驟(1)的堿液用于木質纖維素的預處理。
[0020]進一步的，所述調整堿度與質量濃度為1?2%的堿液相同。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提出的木質纖維素廢液回收利用的方法可實現(xiàn)木質纖維素堿預處理過程中廢液的重復利用，不造成環(huán)境污染，同時減少木質纖維素酶解過程的水耗，降低了工藝運營成本。
【附圖說明】
[0022]附圖1為堿處理木質纖維素廢液重復用于預處理、酶水解及零排放的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實例，進一步闡明本發(fā)明。應該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護范圍。在實際應用中技術人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進和調整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024]除特別說明，本發(fā)明使用的設備和試劑為本技術領域常規(guī)市購產品，本發(fā)明采用的方法為本技術領域常規(guī)使用的方法。本發(fā)明中固液比的單位為g/mL。
[0025]實施例1
[0026]—種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0027](1)取過篩40?60目的甘蔗渣置于反應釜內，以固液比1:10 (g絕干物料/mL)加入質量濃度為2% NaOH溶液，在60°C、lOOrpm的條件下處理3h后，采用過濾的方法進行固液分離，收集堿處理廢液I和木質纖維素處理殘渣；
[0028](2)加水至反應釜內，利用釜體殘熱預熱水溫至40°C，以固液比1:10 (g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質纖維素處理殘渣3次，收集洗滌廢液II ；
[0029](3)用乙酸分別調廢液I和廢液II的pH為4.0，堿木質素析出，采用離心的方法進行固液分離，堿木質素可用于制備減水劑、表面活性劑等產品，所得相應上清液Ii用于沼氣發(fā)酵，上清液1^與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣混合；
[0030](4)用NaOH調上清液IL與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣固液混合體系pH為4.8，調整固液比為1:20，以15FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、80rpm的條件下酶解72h，得到葡萄糖濃度為32.5g/L，木糖濃度為11.6g/L，綜纖維素轉化率為86.4%。
[0031]調整固液比后多余的廢液先用NaOH調pH為7.0，再加入一定質量的NaOH固體至質量濃度為2%，在上述相同操作條件下進行甘蔗渣原料的預處理、酶解及廢液重復利用，得到葡萄糖濃度為31.9g/L，木糖濃度為12.lg/L，綜纖維素轉化率為86.2%。
[0032]實施例2
[0033]—種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0034](1)取過篩40?60目的甘鹿渣置于反應爸內，以固液比1:15 (g絕干物料/mL)加入質量濃度為1.5% NaOH溶液，在70°C、lOOrpm的條件下處理2.5h后，采用過濾的方法進行固液分離，收集堿處理廢液I和木質纖維素處理殘渣；
[0035](2)加水至反應釜內，利用釜體殘熱預熱水溫至45°C，以固液比l:8(g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質纖維素處理殘渣4次，收集洗滌廢液II ；
[0036](3)用乙酸分別調廢液I和II的pH為4.0，堿木質素析出，采用離心的方法進行固液分離，堿木質素可用于制備減水劑、表面活性劑等產品，所得上清液1:用于沼氣發(fā)酵，上清液I1:與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣混合；
[0037](4)用NaOH調上清液IL與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣混合固液混合體系pH為5.2，調整固液比為1:10，以30FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、lOOrpm的條件下酶解96h，得到葡萄糖濃度為65.8g/L，木糖濃度為24.3g/L，綜纖維素轉化率為90.
[0038]調整固液比后多余的廢液先用NaOH調pH為7.0，再加入一定質量的NaOH固體至質量濃度為1.5%，在上述相同操作條件下進行甘蔗渣原料的預處理、酶解及廢液重復利用，得到葡萄糖濃度為65.3g/L，木糖濃度為24.lg/L，綜纖維素轉化率為90.2%。
[0039]實施例3
[0040]一種堿處理木質纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0041](1)取過篩40?60目的甘蔗渣置于反應釜內，以固液比1:20 (g絕干物料/mL)加入質量濃度為1 % NaOH溶液，在80°C、lOOrpm的條件下處理2h后，采用過濾的方法進行固液分離，收集堿處理廢液I和木質纖維素處理殘渣；
[0042](2)加水至反應釜內，利用釜體殘熱預熱水溫至50°C，以固液比1:5 (g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質纖維素處理殘渣4次，收集洗滌廢液II ；
[0043](3)用乙酸分別調廢液I和II的pH為4.0，堿木質素析出，采用離心的方法進行固液分離，堿木質素可用于制備減水劑、表面活性劑等產品，所得上清液1:用于沼氣發(fā)酵，上清液I1:與步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣混合；
[0044](4)用NaOH調步驟2中洗滌后的木質纖維素處理殘渣固液混合體系pH5.5，調整固液比為1: 5，以40FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、120rpm的條件下酶解96h，得到葡萄糖濃度為95.8g/L，木糖濃度為35.7g/L，綜纖維素轉化率為68.5%。
[0045]調整固液比后多余的廢液先用NaOH調pH為7.0，再加入一定質量的NaOH固體至質量濃度為1%，在上述相同操作條件下進行甘蔗渣原料的預處理、酶解及廢液重復利用，得到葡萄糖濃度為96.4g/L，木糖濃度為34.9g/L，綜纖維素轉化率為68.4%。
[0046]實施例4
[0047]—種堿處理木質纖