[发明专利]木质素、半纤维素和纤维素的高效分离提纯工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质素、半纤维素和纤维素的高效分离提纯工艺，属于生物质分离提纯技术领域。

背景技术

生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。这些生物质具有广泛分布性，如果能够重新利用，会产生很大的经济效益和社会效益。

农作物秸秆是农作物生产过程中得到的一项重要的生物资源，全球每年大概可生产20亿吨农作物秸秆。中国是农业大国，也是农作物秸秆资源最丰富的国家之一，每年生产秸秆超过6亿吨。在传统农业生产中，秸秆不经任何处理，直接用于肥料、燃料和饲料。随着传统农业向现代化农业的转变，农村燃料能源和饲料结构发生了深刻变化，秸秆不再被大量使用，导致秸秆资源大量过剩，被简单焚烧，带来了资源浪费和环境污染问题，成为全世界所关注的问题。农作物秸秆中，稻秸、麦秸、玉米秸产量最高，2013年中国玉米秸秆产量高达2.4亿吨，位居全国各类农作物秸秆产量之首，而玉米秸秆的利用率却最低。

秸秆的主要成分是木质素、半纤维素和纤维素三大部分，木质素重量分数约为15％，半纤维素重量分数约为27％，纤维素重量分数约为30％，三种化学物质都是重要的生产原料，如果能够将三种成分提取并加以利用，能够节约很多生产资源的浪费，因此，国内科研人员对秸秆的利用进行了广泛研究。

如中国专利CN103467627 A发明了一种玉米秸秆半纤维素的制备方法，采用碱液预处理玉米秸秆提取玉米秸秆中的半纤维素，然后采用乙酸中和，醇沉的方法分离半纤维素。但是，这种方法只能提取秸秆中的一种成分，还是浪费了大量资源。

甘蔗主要用于生产蔗糖，蔗渣是糖厂生产蔗糖的副产品。全球每年甘蔗产量约为10.6亿吨，据统计，生产1吨蔗糖将产生0.6吨绝干除髓蔗渣，由此可见，蔗渣是一种数量可观的可再生资源。我国是甘蔗种植和制糖大国，2011/2012年榨季，我国蔗糖的产量为1050万吨，产生630万吨绝干除髓蔗渣，以往大部分糖厂都将蔗渣作为燃料直接烧掉，随着科研人员发现蔗渣中含有丰富的纤维，属于优质的造纸原料，于是人们纷纷利用蔗渣制浆造纸。但是，由于纸张的需求有限，因此被用于造纸的蔗渣也只能占到总量的50％，其它大部分蔗渣还是被作为燃料烧掉。而且，在用蔗糖造纸时，水解过程中，半纤维素会溶解在黑液中，导致蒸发器结垢，碱回收炉回收能力降低，温度升高，纤维素分解等一系列问题，最后降低纤维素的产量，影响造纸效益，且木质素与半纤维素全部以黑液形式排放或燃烧，不仅严重污染了环境，而且造成了资源浪费。

中国是世界上竹类资源最丰富的国家，南方各省均有分布。全国有竹林近500万公顷，产量1.3亿吨。目前竹材主要应用于农业、手工业、建筑业、人造板、造纸、竹笋、竹碳加工等。在农业、手工业、建筑业人造板等方面大多还停留在传统应用上，其加工水平有限，产品附加值不高，资源浪费严重。竹子的传统工业应用还有造纸，但是其同蔗渣一样，会存在一系列的问题。

蔗渣和竹子的主要化学组成也是木质素、半纤维素和纤维素三大部分。蔗渣纤维素重量分数在45％左右，半纤维素重量分数在25～30％之间，蔗渣木质素重量分数在20％左右。竹青部分的纤维素为42.94％、总木质素为25.23％；竹黄部分纤维素为42.16％、总木质素为24.72％，竹原纤维中的半纤维素含量一般为14％～25％。我国作为一个森林覆盖率低，木质资源匮乏而甘蔗、竹子种植面积广泛的国家，如果能将蔗渣和竹子资源的充分合理应用，能够节约很多生产资源的浪费。国内科研人员对蔗渣和竹子的利用也进行了广泛研究。

如：中国专利CN101565907A介绍了一种预提取半纤维素的蔗渣碱法制浆方法及其产品，该专利也是在制浆前提取蔗渣半纤维素然后制浆，但该方法是在高温的情况下用NaOH提取半纤维素，升温会导致蔗渣原料中木质素大量溶出，升温还会导致溶解的半纤维素发生降解，不利于蔗渣半纤维素的分离，还会影响提取的半纤维素品质，同时会增加过程能源的消耗，过程的操作也比较困难。另外该专利对含半纤维素的提取液采用公知和公开的技术来制备木糖、低聚木糖、木糖醇等产品，此过程是该发明的难点，实际上目前仍然没有很好的方法来分离，该专利回避了这一过程。