專利名稱：一種麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇低污染聯(lián)產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然高分子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇低污染聯(lián)產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源化和能源化利用目前存在的主要技術(shù)瓶頸之一是纖維素中存在致密的晶體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重阻礙了化學(xué)試劑或生物酶對纖維素的可及度。二是纖維素酶降解纖維素效率低，成本高，完全產(chǎn)業(yè)化目前還難以實(shí)現(xiàn)。因此，纖維素全結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料的技術(shù)目前還難以取得很大突破。另外，國內(nèi)外生產(chǎn)微晶纖維素是以木材和棉花為原料，其生產(chǎn)工藝具有很大缺點(diǎn) 一是棉花和木材等資源相對緊缺，且成本高，限制了微晶纖維素的生產(chǎn)規(guī)模；而且，目前的生產(chǎn)工藝中纖維素?zé)o定形區(qū)降解后被作為廢棄物而排放，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物——麥草為原料，且制備工藝環(huán)保，資源利用率高的麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇低污染聯(lián)產(chǎn)工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為2% 24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4 I :28，在4(Tl20°C下水解3(Tl50min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為5°/Γ40%，并加入不溶物質(zhì)量2°/Γ 8%的NaOH在2(Tl00°C處理2(T90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用35 125°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為1°/Γ28%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. Γ0. 5MPa，10(Tl65°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ； 6)在混合廢液中加入混合廢液體積3% 24%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為15 60°C，發(fā)酵時(shí)間為12 108h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。本發(fā)明針對纖維素結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能區(qū)別，采取不同處理、分別利用的思路，通過酸水解和堿處理技術(shù)分離結(jié)晶區(qū)用于制備MCC，無定形區(qū)水解為葡萄糖后分別溶于酸水解和堿處理廢液中，利用兩種廢液相互中和并采用生物發(fā)酵的方法轉(zhuǎn)化其中的葡萄糖為乙醇，化解了這兩個(gè)技術(shù)難題。將較純凈的麥草乙醇法纖維素采用酸水解技術(shù)降解其無定形區(qū)為葡萄糖，保留結(jié)晶區(qū)，并經(jīng)堿處理除去灰分(麥草原料灰分較大)；最后通過干燥、粉碎工藝制備出微晶纖維素產(chǎn)品。酸水解及堿處理過程中，絕大多數(shù)纖維素?zé)o定形區(qū)和少量結(jié)晶區(qū)降解為葡萄糖溶解在酸水解和堿處理廢液中。利用兩種廢液相互中和，并采用生物發(fā)酵的方法轉(zhuǎn)化其中的葡萄糖為生物質(zhì)乙醇，既減少了廢液對環(huán)境的污染，又可大大提高纖維素資源的利用率，實(shí)現(xiàn)麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇的低污染聯(lián)產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為10%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :12，在40°C下水解150min，分 離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為30%，并加入不溶物質(zhì)量15%的NaOH在20°C處理90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用100°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為1%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的PH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. IMPa, 165°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積24%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為15°C，發(fā)酵時(shí)間為108h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。實(shí)施例2 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為2%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :28，在80°C下水解90min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為10%，并加入不溶物質(zhì)量12%的NaOH在100°C處理20min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用35°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為15%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 3MPa，130°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；
6)在混合廢液中加入混合廢液體積20%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為20°C，發(fā)酵時(shí)間為90h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。實(shí)施例3:I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4，在60°C下水解120min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為40%，并加入不溶物質(zhì)量18%的NaOH 在50°C處理50min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用50°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為20%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 5MPa，100°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積15%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°C，發(fā)酵時(shí)間為70h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。實(shí)施例4 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為6%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :24，在100°C下水解60min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為20%，并加入不溶物質(zhì)量2%的NaOH在80°C處理30min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用80°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為28%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 2MPa，150°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積10%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為40°C，發(fā)酵時(shí)間為50h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。實(shí)施例5
I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為15%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :20，在120°C下水解50min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為5%，并加入不溶物質(zhì)量6%的NaOH在60°C處理60min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品;3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用110°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為5%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；
5)將該混合廢液在O. 4MPa，120°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積6%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為50°C，發(fā)酵時(shí)間為30h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。實(shí)施例6 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品(見專利200910023763. 7)加入質(zhì)量濃度為20%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :8，在90°C下水解lOOmin，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為25%，并加入不溶物質(zhì)量10%的NaOH在40°C處理70min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用125°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為10%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 3MPa，110°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積3%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為60°C，發(fā)酵時(shí)間為12h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。本發(fā)明通過分離麥草纖維素的結(jié)晶區(qū)用于制備結(jié)晶度要求高的纖維素功能化產(chǎn)品——微晶纖維素，絕大部分纖維素?zé)o定形區(qū)和少量結(jié)晶區(qū)在酸水解和堿處理過程中水解糖化后存在于酸水解和堿處理廢液中，將兩種廢液相互中和并用于發(fā)酵生物質(zhì)乙醇，既防止了廢液對環(huán)境的污染，更變廢為寶，利用了其中的葡萄糖資源，實(shí)現(xiàn)了纖維素的資源化和能源化綜合利用，為農(nóng)秸桿全組分、全結(jié)構(gòu)、多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)高效利用技術(shù)理論提供新的思路。最后，以麥草為原料生產(chǎn)微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇，既緩解了木材、棉花等微晶纖維素生產(chǎn)原料的緊缺問題，又充分利用了農(nóng)業(yè)廢棄物小麥秸桿資源，具有較高的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇低污染聯(lián)產(chǎn)工藝，其特征在于 O首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產(chǎn)品加入質(zhì)量濃度為2°/Γ24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4 1 :28，在4(Tl20°C下水解3(Tl50min，分離產(chǎn)物為不溶物和酸性溶液； 2)將不溶物分散在水中使不溶物質(zhì)量濃度為5°/Γ40%，并加入不溶物質(zhì)量29Γ18%的NaOH在2(Tl00°C處理2(T90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品； 3)將高結(jié)晶度的纖維素產(chǎn)品用35 125°C的熱風(fēng)干燥，然后把干燥產(chǎn)品進(jìn)行粉碎，并用120目篩進(jìn)行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產(chǎn)品，不能通過篩孔部分重復(fù)進(jìn)行粉碎過篩，直至全部通過篩孔； 4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質(zhì)量濃度為1°/Γ28%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該混合廢液的pH值為5. O ;5)將該混合廢液在O.Γ0. 5MPa，10(Tl65°C條件下進(jìn)行滅菌處理30min ； 6)在混合廢液中加入混合廢液體積3% 24%活化后的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為15 60°C，發(fā)酵時(shí)間為12 108h，即可轉(zhuǎn)化廢液中的葡萄糖為乙醇； 7)將發(fā)酵液進(jìn)行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內(nèi)的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質(zhì)乙醇。
全文摘要
一種麥草微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇低污染聯(lián)產(chǎn)工藝，采用酸水解工藝分離麥草纖維素的結(jié)晶區(qū)，并經(jīng)堿處理工藝除去灰分(麥草原料灰分較大)用于制備結(jié)晶度要求高的纖維素功能化產(chǎn)品——微晶纖維素，絕大部分纖維素?zé)o定形區(qū)和少量結(jié)晶區(qū)在此過程中水解為葡萄糖后存在于酸水解和堿處理廢液中；將兩種廢液相互中和，并采用生物發(fā)酵的方法轉(zhuǎn)化葡萄糖為生物質(zhì)乙醇，既防止了廢液對環(huán)境的污染，更變廢為寶，利用了其中的葡萄糖資源，實(shí)現(xiàn)了纖維素的高效利用。此外，以麥草為原料生產(chǎn)微晶纖維素和生物質(zhì)乙醇，也緩解了木材、棉花等微晶纖維素生產(chǎn)原料的緊缺問題，并充分利用了農(nóng)業(yè)廢棄物小麥秸稈資源。
文檔編號(hào)C12R1/865GK102839197SQ20121032543
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者李金寶, 修慧娟, 張美云, 夏新興, 王海, 王建, 陸趙情, 羅清 申請人:陜西科技大學(xué)