[发明专利]植物纤维原料水解液及利用该水解液预处理植物纤维原料的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体说是一种植物纤维原料的预处理制备戊糖和有机木质素的方法。

背景技术

植物纤维原料是自然界中极为丰富的可再生资源，如果植物纤维原料能被很好的利用，那将很大程度上降低化工原料的成本。然而迄今为止，人们对植物纤维原料的利用却很不充分。这是因为植物纤维原料中的主要成分纤维素、半纤维素和木质素紧密结合在一起，而且其加工性能也差。纤维素的熔融温度高于分解温度，故加热至分解也不具备溶解性和流动性。要利用植物纤维原料就需要一定的预处理过程，把植物纤维原料中的全部半纤维素和部分或全部木质素与纤维素分离开来，并使半纤维素水解成以戊糖为主的单糖，使余下的纤维素成为一种结构疏松且易于被酸或酶快速水解的材料，从而实现生物量的全利用。

近年来，对植物原料的预处理方法主要有：第一，稀碱法：用热的稀碱溶液可以脱除部分木质素和半纤维素。但热碱处理会引起纤维素和半纤维素的剥皮反应，降低还原糖得率，而且碱处理后需要大量的水来洗涤原料，提取的半纤维素还需要用稀酸重新进行水解才能得到戊糖，碱处理也使所得糖液颜色加深，增加了后处理成本。第二，稀酸法：用热的稀HCl或H₂SO₄溶液可以把植物纤维原料中的绝大部分半纤维素溶解出来，常用的工艺有两种，其一为在不高于125℃下长时间保温，优点在于水解得到的五碳糖很少水解成糠醛，但无法提取木质素；其二为在180℃～200℃的高温下短时保温，优点在于速度快，但高温会使五碳糖分解成糠醛，从而使还原糖得率降低且亦无法把木质素提取出来。第三，有机溶剂法：利用有机溶剂如醇类、酮类、酚类、DMSO、胺类、羧酸等在160～200℃下处理1～2小时，可以把大部分木质素和半纤维素溶解出来，但该法需要在高温高压下进行，高温会导致戊糖分解成糠醛而使还原糖得率很低，对设备要求也高。第四：蒸汽爆破法该法在200℃左右的条件下短时保温然后瞬间泄压，可以把植物纤维原料基本离解成单根纤维，同时把半纤维素水解成以寡糖为主的糖类，但木质素的溶出较少。除了这些还有使用混合溶剂的水解方法，如巴西的Dedini快速水解工艺(DHR法)，但由于该法是使用高温高压条件同时水解半纤维素和纤维素，不可避免地会使戊糖分成糠醛以及己糖分解成5-羟甲基糠醛，使还原糖得率较低，所以此法没有被推广应用。

发明内容

为了克服上述植物纤维原料预处理方法的不足，本发明提供了一种植物纤维原料的水解液以及用该水解液预处理植物纤维原料的方法。

为实现上述目的，本发明提供的植物纤维原料水解液，所述水解液包括如下组分及其含量(重量)：

无机酸：                               0.5％～25％，

醇类：                                 30％～65％，

水：                                   余量；

或者，无机酸：                         0.5％～25％，

醚类、酮类或羧酸类或它们混合物(I)：    30％～99％，

水：                                   0.5％～69.5％；

或者，无机酸                           0.5％～25％，

醇类与(I)的混合物(II)                  30％～99％，

水：                                   0.5％～69.5％，

其中(II)中醇类的含量(重量)不高于65％。

本发明中的所述无机酸为HCl或H₂SO₄。所述醇类包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇。所述醚类包括四氢呋喃、1，4-二氧六环、1，3-二氧五环、1，3-二噁烷。所述酮类为丙酮。所述羧酸类包括甲酸、乙酸、丙酸。

本发明提供的预处理植物纤维原料的方法，包括以下步骤：

(1)备料，把植物纤维原料切削成细料后，干燥，备用；

(2)水解，把(1)步中处理好的原料置于权利要求1的所述的水解液中，在40℃～125℃温度下反应15分钟～24小时；

(3)分离，将步骤(2)得到的溶液固液分离，得到纤维素滤渣和滤液A；

(4)沉淀，沉淀滤液A中的木质素，固液分离，得到木质素沉淀和滤液B；