專利名稱：利用超聲波技術(shù)分離甘草廢渣中木質(zhì)素和纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由我國(guó)傳統(tǒng)中草藥甘草提取黃酮、甘草酸或多糖過程中所產(chǎn)生 的廢棄物分離木質(zhì)素知纖維素的方法。
二背景技術(shù)：
甘草是豆科甘草屬植物的根和根狀莖，是常用的中藥品種。目前我國(guó)中西 部地區(qū)有關(guān)甘草中有效成分的提取生產(chǎn)的廠家較多，對(duì)提取后剩余的大量甘草
廢渣作為廢料扔掉或燒毀。我國(guó)每年耗6x 104噸干草，可回收利用純木質(zhì)素1.2 xl04 1.5xl()4噸，纖維素1.8x 104~2.0x 104噸，是一筆巨大的財(cái)富。因此， 甘草廢渣的利用應(yīng)該引起人們的重視。甘草廢渣中富含木質(zhì)素和纖維素，如果 能利用它替代木材生產(chǎn)附加值較高的木質(zhì)素和纖維素，不僅為甘草廢渣的系統(tǒng) 利用提供一條新途徑，而且還能創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。
在甘草廢渣中，纖維素與木質(zhì)素和半纖維素一起構(gòu)成超分子體系，木質(zhì)素 和半纖維素形成牢固結(jié)合層，包圍著纖維素。所以，欲分離甘草廢渣中的纖維 素，首先應(yīng)考慮溶解與纖維素伴生的木質(zhì)素和半纖維素。
1997年2月19日由中國(guó)專利局公告了一種"甘草中黃酮類化合物、木質(zhì)素 及纖維素的提取工藝"，申請(qǐng)?zhí)枮?5109065.8,其特點(diǎn)是用Ca(OH)2轉(zhuǎn)化甘草中 的木質(zhì)素，生成木質(zhì)素鈣沉淀，再用Na2C03轉(zhuǎn)化木質(zhì)素鈣沉淀得堿木質(zhì)素或用 酸沉淀分離的純木質(zhì)素。該法采用強(qiáng)堿沉淀和溶解木質(zhì)素，反應(yīng)過程中使用大 量強(qiáng)堿Ca(OH)2和Na2C03,對(duì)設(shè)備有強(qiáng)的腐蝕作用，且產(chǎn)生廢渣和廢堿液，很 容易造成二次環(huán)境污染。
利用有機(jī)溶劑法溶解木質(zhì)素，由于所用溶劑具有良好的溶解性和易揮發(fā)性， 所以產(chǎn)生的廢液可以通過減壓濃縮回收有機(jī)溶劑，達(dá)到循環(huán)利用的目的，是較 理想的分離木質(zhì)素、纖維素的方法。如2003年6月18日由中國(guó)專利局公告了 一種"高沸醇溶劑制備纖維素及木質(zhì)素的方法"，申請(qǐng)?zhí)枮?2157689.0。其缺點(diǎn) 是反應(yīng)過程需要高溫高壓，耗能高，而且僅用有機(jī)溶劑脫木質(zhì)素后，所得纖維 素純度不高。
根據(jù)"超聲波法從羅漢果渣中提取堿木質(zhì)素的研究，，(《林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)》
雜志2004年第24巻第4期第73頁)文獻(xiàn)報(bào)道，超聲波輔助堿法提取木質(zhì)素， 提取率將得到明顯改善。但是，采用超聲波輔助有機(jī)溶劑法脫木質(zhì)素未見相關(guān) 報(bào)道。針對(duì)傳統(tǒng)分離木質(zhì)素和纖維素工藝多用堿蒸煮法和亞硫酸鹽法造成環(huán)境 污染和資源浪費(fèi)及高沸醇溶劑法的耗能的問題，發(fā)明一種低耗能的、條件溫和 又高效的分離甘草廢渣木質(zhì)素、纖維素的方法是本領(lǐng)域研究的主攻方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明選用有機(jī)介質(zhì)和水，利用超聲波的特殊效應(yīng)(空化作用、機(jī)械作用 和熱效應(yīng))輔助分離甘草廢渣中的木質(zhì)素和纖維素，其原理在于在超聲波作 用下，連接在木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元間的(3 -0-4鍵以及木質(zhì)素與半纖維素之間的ct -0-4 醚鍵發(fā)生斷裂，木質(zhì)素分子溶于有機(jī)相中實(shí)現(xiàn)與纖維素的分離。
本發(fā)明具體技術(shù)方案如下
(i )向甘草廢渣A中加入一定量的曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混合溶 劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液，料液比為1: 10, g/mL;
(2) 用超聲波處理該混濁液，所用的超聲波作用裝置為超聲波清洗儀。超 聲波作用時(shí)間30 120min,溫度20 50。C,所用超聲波的功率100 ~ 950W，超 聲波的頻率20~ 60kHz。
(3) 在40。C溫度保溫靜置2~5h,待沉淀完全后離心分離得上清液B和濾 渣C。
(4) 向上清液B中加水，上清液B與加水量的比例為1:1.4 (體積比)，使 不溶性的MIBK產(chǎn)生兩相分層分離上層為MIBK相，真空濃縮回收MIBK， 得到結(jié)晶，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到木質(zhì)素；下層為水合相，濃縮、結(jié)晶得 半纖維素和可溶性糖類。
(5) 濾渣C在80。C的溫度下干燥3 5h,得到纖維素D。
有益效果在曱基異丙酮-乙醇-水混合溶劑體系中，超聲波優(yōu)先斷開木質(zhì) 素之間及其與纖維素之間連接的鍵；由于超聲波作用的條件溫和，作用時(shí)間短， 可以避免其對(duì)纖維素的降解。木質(zhì)素在超聲波的作用下降解成碎片后，溶于曱 基異丙酮相中，從而與纖維素分離，可獲得比單用有機(jī)溶劑提取更高產(chǎn)量及純 度的纖維素。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明也不僅限于實(shí)施例的 內(nèi)容。
實(shí)施例1
準(zhǔn)確稱取甘草廢渣20.0g，加入200mL的曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液。在30。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間60min，所用超聲波功率950W,超聲波頻率20kHz。超聲波處理完畢將 盛處理液容器轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫2h，待沉淀完全后抽濾。向?yàn)V液中加 入280mL水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK，浸膏干燥可以得到木質(zhì) 素3.1g。濾餅在80。C真空干燥4小時(shí)，得到7.6g纖維素。
實(shí)施例2
準(zhǔn)確稱取甘草廢渣20.0g，加入200mL的曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液。在40。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間90min,所用超聲波功率700W，超聲波頻率20kHz。超聲波處理完畢將 盛處理液容器轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫5h，待沉淀完全后抽濾。向?yàn)V液中加 入280mL水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK，浸膏干燥可以得到木質(zhì) 素3.5g。濾餅在80。C真空干燥5小時(shí)，得到纖維素7.8g。
實(shí)施例3
準(zhǔn)確稱取甘草廢渣20.0 g，加入200mL的曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50:30:20 )制成混濁液。在50。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間120min，所用超聲波功率600W，超聲波頻率40kHz。超聲波處理完畢將 處理液轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫3h，待沉淀完全后抽濾，向?yàn)V液中加入280mL 水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK,浸膏干燥可以得到木質(zhì)素4.0g。 濾餅在8(TC真空干燥3小時(shí)，得到7.9g纖維素。
實(shí)施例4
準(zhǔn)確稱取甘草廢渣20.0g,加入200mL的曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液。在40。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間50min,所用超聲波功率500W，超聲波頻率40kHz。超聲波處理完畢將 處理液轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫4h，待沉淀完全后抽濾，向?yàn)V液中加入280mL 水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK,浸膏干燥可以得到木質(zhì)素3.7g。濾餅在80。C真空干燥3小時(shí)，得到7.2g纖維素。 實(shí)施例5
承確稱取甘草廢渣20.0 g，加入200mL的甲基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液。在50。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間50min,所用超聲波功率350W,超聲波頻率60kHz。超聲波處理完畢將 處理液轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫2.5h， 4寺沉淀完全后抽濾。向?yàn)V液中加入 280mL水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK，浸膏干燥可以得到木質(zhì)素 3.2g。濾餅在80。C真空干燥4小時(shí)，得到6.7g纖維素。
實(shí)施例6
準(zhǔn)確稱取甘草廢渣20.0 g，加入200mL的甲基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混 合溶劑(MIBK:乙醇水=50: 30: 20 )制成混濁液。在20。C的溫度下，超聲波處 理時(shí)間30min，所用超聲波功率100W，超聲波頻率60kHz。超聲波處理完畢將 處理液轉(zhuǎn)移到40。C恒溫水浴中保溫2h,待沉淀完全后抽濾。向?yàn)V液中加入280mL 水，分離MIBK相，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收MIBK，浸膏干燥可以得到木質(zhì)素2.5g。 濾餅在8(TC真空干燥5小時(shí)，得到5.9g纖維素。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波技術(shù)分離甘草廢渣中木質(zhì)素和纖維素的方法，其特征在于，包括下述步驟:(1)向甘草廢渣A中加入一定量的甲基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混合溶劑(MIBK:乙醇:水＝50:30:20)制成混濁液，料液比為1:10，g/mL；(2)用超聲波處理該混濁液，所用的超聲波作用裝置為超聲波清洗儀。超聲波作用時(shí)間30～120min，溫度20～50℃，所用超聲波的功率100～950W，超聲波的頻率20～60kHz。(3)在40℃溫度保溫靜置2～5h，待沉淀完全后離心分離得上清液B和濾渣C。(4)向上清液B中加水，上清液B與加水量的比例為1:1.4(體積比)，使不溶性的MIBK產(chǎn)生兩相分層:分離上層為MIBK相，真空濃縮回收MIBK，得到結(jié)晶，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到木質(zhì)素；下層為水合相，濃縮、結(jié)晶得半纖維素和可溶性糖類。(5)濾渣C在80℃的溫度下干燥3～5h，得到纖維素D。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用超聲波:汰術(shù)分離甘草廢渣中木質(zhì)素和纖維素的 方法，其特征在于步驟(1)的甘草廢渣為提取甘草黃酮后的甘草廢渣、提取甘 草酸后的甘草廢渣、提取甘草次酸后的甘草廢渣、提取甘草多糖后的甘草廢渣 中的任一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用超聲波技術(shù)分離甘草廢渣中木質(zhì)素和纖維素的 方法，其特征在于步驟(2)在使用曱基異丙酮(MIBK)-乙醇-水混合溶劑分 離木質(zhì)素和纖維素的過程中施加超聲波場(chǎng)以強(qiáng)化木質(zhì)素的溶解。
全文摘要
本發(fā)明涉及由我國(guó)傳統(tǒng)中草藥甘草提取黃酮、甘草酸或多糖過程中所產(chǎn)生的廢棄物分離木質(zhì)素和纖維素的方法。所述方法包括以下步驟(1)將甘草廢渣中加入甲基異丙酮-乙醇-水混合溶劑制成混濁液；(2)用超聲波處理上述混濁液，之后保溫靜置一定時(shí)間，過濾得濾液和濾渣。(3)濾液經(jīng)真空濃縮回收溶劑后，得到結(jié)晶，再過濾、干燥后得到木質(zhì)素；濾渣直接干燥得到纖維素。利用超聲波技術(shù)分離甘草廢渣中木質(zhì)素和纖維素的方法可以克服堿煮法和亞硫酸鹽造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)及高沸醇溶劑法的耗能高的缺點(diǎn)。該方法為甘草廢渣的綜合利用開辟了新的途徑。
文檔編號(hào)D21C5/00GK101372815SQ20081015173
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者季佳佳, 尹東劍, 張黎明, 宇 曹, 希 趙, 高文遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué)