[发明专利]碱预处理液一锅法制备可降解凝胶膜材料工艺

说明书

本发明公开了一种碱预处理液一锅法制备可降解凝胶膜材料工艺。该工艺，包括如下步骤：(1)在木质纤维素类原料中加入氢氧化钠溶液进行碱预处理，得到碱预处理液；(2)将碱预处理液进行固液分离，得到固体残渣和含有木质素的黑液；(3)将含有木质素的黑液添加至聚乙烯醇水溶液混合进行反应后，干燥，得到可降解凝胶膜；(4)将固体残渣经厌氧发酵制备可再生清洁能源生物燃气。本发明将碱预处理的黑液和PVA水溶液交联制备凝胶薄膜，不仅简化了利用碱预处理液的流程，缓解环境压力，也提高了纯PVA薄膜的性能，使其具有良好的紫外屏蔽性能，且PVA及木质纤维类原料脱落在黑液中的成分均可被生物降解，实现了木质纤维素类原料综合利用。

技术领域

本发明涉及木质纤维素原料能源化利用技术领域，尤其涉及一种碱预处理液一锅法制备可降解凝胶膜材料工艺。

背景技术

我国能源草本植物资源丰富，可供种植的土地辽阔。能源草本植物种植可以实现土壤污染治理、缓解温室气体排放以及改良土壤理化性质等。但是，能源草本植物有着木质纤维素生物质固有的复杂的内部结构，使微生物和酶难以与纤维素接触，导致能量转化效率低。因此，选择合适的预处理方法是提高能源草本植物发酵性能的必经之路。

在众多化学预处理方法中，碱预处理已成为最常用的方法。碱预处理可破碎木聚糖和木质素之间的酯键，实现脱除木质素组分；破坏原料中纤维素和半纤维素之间的氢键，脱除原料中部分半纤维素组分；由于原料中半纤维素和木质素组分的脱除，破坏了其内部结构，增加了酶和微生物的可及性，有利于提高其生物转化性能。碱预处理常用的化学试剂包括NaOH、Ca(OH)₂、KOH等。其中，氢氧化钠是最有效和最常用的化学试剂，具有反应条件温和(常压、温度低于100℃)、能耗较低等优点，但氢氧化钠预处理产生大量的预处理液对环境造成危害。对富含木质素的预处理液的资源回收仍是能源利用的重要环节。

PVA(聚乙烯醇)是一种水溶性可生物降解聚合物，因其无毒、可生物降解性好、透明度高、抗氧性能好而受到先进多功能包装行业的广泛关注。如今，不可生物降解的高分子材料造成的“白色污染”对生态系统和人类健康造成了极大的破坏。扩大可生物降解高分子材料的应用是解决“白色污染”问题的有效方法。

目前，对碱预处理木质素纤维素类原料后产生的黑液的利用已有很多探究，但直接利用黑液的途径有限，大多都基于分离黑液中的三素组分为前提，分离过程不可避免使用大量有机试剂，造成二次污染。

发明内容

本发明解决了现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种碱预处理液一锅法制备可降解凝胶膜材料工艺，本发明出于能源的高效利用，基于木质纤维素类原料，结合可生物降解材料，提出一种可生物降解材料制备工艺，对黑液中多组分进行直接利用，简化工艺流程，减少试剂使用，还能进一步提高能源草本植物的资源转化效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碱预处理液一锅法制备可降解凝胶膜材料工艺，包括如下步骤：

(1)在木质纤维素类原料中加入质量分数为2％-10％的氢氧化钠溶液进行碱预处理，木质纤维素类原料和氢氧化钠溶液的固液比为1:8-1:12g/mL，得到碱预处理液；

(2)将步骤(1)得到的碱预处理液进行固液分离，得到固体残渣(预处理后固体)和含有木质素的黑液(预处理后液体)；

(3)将步骤(2)中含有木质素的黑液添加至聚乙烯醇水溶液混合进行反应后，干燥，得到可降解凝胶膜；

(4)将步骤(2)中固体残渣经厌氧发酵制备可再生清洁能源生物燃气。

本发明通过制备一种可生物降解的凝胶薄膜高分子材料，直接利用碱预处理液，解决了碱预处理液无法有效利用的问题，也避免产生二次污染，缓解环境压力，最终实现木质纤维素原料的碱预处理的综合利用。