專(zhuān)利名稱：一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)綜合利用領(lǐng)域，特別涉及一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制 備生物質(zhì)多元醇的方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)發(fā)產(chǎn)量巨大，可再生，可生物降解的環(huán)境友好型生物質(zhì)原料，尤其是秸稈類(lèi)木質(zhì) 纖維素原料，對(duì)保護(hù)環(huán)境和保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)原料 的主要成份為纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，含有大量以羥基為代表的活性集團(tuán)，但由于結(jié)構(gòu) 中大量存在的纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)是難溶，難熔的天然復(fù)合 材料，難以通過(guò)加熱和加壓等方式進(jìn)行加工，因而影響了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源的利用和 回收。近些年來(lái)，有人開(kāi)始研究用多元醇等有機(jī)溶劑來(lái)液化木質(zhì)纖維素類(lèi)原料，將固態(tài)的木 質(zhì)纖維素原料降解成具有反應(yīng)活性的液態(tài)小分子，用來(lái)制備新的高分子材料，如膠黏劑，注 模塑料，泡沫塑料，纖維材料等，具有廣泛的應(yīng)用前景。專(zhuān)利200810198719. 5公開(kāi)了一種植物纖維基聚醚多元醇及其制備方法。該方法 利用未經(jīng)預(yù)處理植物纖維原料液化生產(chǎn)聚醚多元醇。所生產(chǎn)的聚醚多元醇可用于生產(chǎn)保溫 隔熱作用的聚氨酯硬泡。但是由于植物秸稈細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)非常緊密，液化試劑很難滲透到植 物纖維原料。因此，該方法需要分批補(bǔ)料液化，以提高液化產(chǎn)物得率，從而使反應(yīng)時(shí)間增加。 另外，不同的木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)原料中纖維素，半纖維素和木質(zhì)素的含量是不同的，這給 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)混合液化帶來(lái)了困難。有研究表明，將纖維素和木質(zhì)素在相同條件下分 別液化，在液化后期并不出現(xiàn)縮聚反應(yīng)，而當(dāng)纖維素和木質(zhì)素混合物在醇中液化時(shí)，液化后 期會(huì)出現(xiàn)再縮聚反應(yīng)，生成不溶于醇的的液化殘?jiān)?zhuān)利200910193436. 6公開(kāi)了一種木質(zhì) 素聚氨酯及其制備方法。該方法將秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的殘?jiān)蠳aOH抽提分離出的木質(zhì)素 用有機(jī)溶劑溶解，再經(jīng)過(guò)環(huán)氧化物改性后，溶解于多元醇中。該方法所用的木質(zhì)素反應(yīng)活性 高，可制成木質(zhì)素聚氨酯材料。這說(shuō)明從生物質(zhì)原料中分離出木質(zhì)素后，再進(jìn)行多元醇液 化，制備的液化產(chǎn)物更適用于后續(xù)的加工利用?；谏鲜龇治觯景l(fā)明首先利用蒸汽爆破(簡(jiǎn)稱汽爆)處理秸稈，以增加秸稈物料 與液化劑的反應(yīng)面積，提高液化劑的可及性。汽爆技術(shù)是目前木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理中廣 泛采用的方法。其原理是通過(guò)用一定壓力的水蒸氣等介質(zhì)對(duì)植物進(jìn)行爆破，利用以蒸汽形 式出現(xiàn)的熱量，由水蒸汽膨脹引起的剪切力以及糖苷鍵水解的共同作用達(dá)到破壞細(xì)胞壁結(jié) 構(gòu)的目的。其次，本發(fā)明用稀堿液(濃度0.2% 2%)分離汽爆秸稈中的纖維素和木質(zhì)素， 并在不同的液化條件下對(duì)兩者分別液化，從而提高生物質(zhì)多元醇的得率和品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的 方法。首先，利用汽爆技術(shù)破壞植物致密組織的結(jié)構(gòu)，增加液化劑與秸稈的接觸面積，同時(shí)在汽爆的高溫高壓以及瞬時(shí)泄壓的作用下，秸稈中的半纖維素被降解，避免其在液化時(shí)發(fā) 生氧化反應(yīng)，形成羧酸，從而使液化產(chǎn)物組成變得復(fù)雜，降低生物質(zhì)多元醇的質(zhì)量。其次，本 發(fā)明采用纖維素和木質(zhì)素分別液化的方式，有利于控制液化條件和液化產(chǎn)物的分子量以及 可反應(yīng)的官能團(tuán)含量。避免纖維素和木質(zhì)素因液化溫度不一致，造成液化產(chǎn)物再聚合的現(xiàn) 象，提高液化產(chǎn)物的得率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法，其特征在于，包括 以下步驟(1)汽爆秸稈的制備首先將秸稈(含水量小于5% )切成3-5cm的碎塊。稱取IOOg秸稈碎塊，加入 150ml自來(lái)水，并混合均勻。將濕物料送入汽爆罐中，在0. SMPa 1. 3Mpa的蒸汽壓力下維 壓Imin ^iin后卸料。汽爆后的物料干燥后備用。其中所述的秸稈包括玉米秸稈，小麥秸稈，稻稈，玉米芯，芒草。(2)汽爆秸稈中纖維素和木質(zhì)素的組分分離；在汽爆秸稈中加入0. 2% 2%的堿液在70°C 90°C下處理Ih 池，汽爆秸稈質(zhì) 量(g)和堿液體積(ml)的比例為1 10 1 20。反應(yīng)結(jié)束進(jìn)行固液分離。得到的固形 物即為汽爆秸稈纖維素。得到的過(guò)濾液經(jīng)過(guò)超濾膜濃縮后得到汽爆秸稈木質(zhì)素。其中，步驟(1)所述的堿液是由Na0H、K0H、Na2S0dnNa2S中一種或幾種的水溶液。; 所述的超濾膜為聚砜膜，截留分子量為6000。(3)汽爆秸稈纖維素液化制備生物質(zhì)多元醇將步驟(2)得到的汽爆秸稈纖維素烘干后，加入液化劑和催化劑，在150°C 180°C下反應(yīng)Ih 池，其中液化劑和汽爆秸稈纖維素的質(zhì)量比為1 1 3 1。反應(yīng)結(jié) 束后調(diào)節(jié)液化物pH至6 7，過(guò)濾去除液化物中的殘?jiān)?，得到的液體即為生物質(zhì)多元醇。(4)汽爆秸稈木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇將步驟⑵得到的汽爆秸稈木質(zhì)素烘干后，加入液化劑和催化劑，在110°C 140°C下反應(yīng)0.5h 1.5h，其中液化劑和汽爆秸稈木質(zhì)素的質(zhì)量比為1 2 2 1。反 應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)液化物PH至6 7，過(guò)濾去除液化物中的殘?jiān)?，得到的液體即為生物質(zhì)多元其中，步驟(3)和步驟(4)中所述的所述的液化劑為聚乙二醇200，聚乙二醇 400，聚乙二醇600，聚乙二醇800，聚乙二醇1000，乙二醇，丙三醇和二乙二醇中的一種或幾 種；所述的催化劑是無(wú)機(jī)酸，優(yōu)選硫酸、鹽酸和磷酸中的一種；催化劑與液化劑的質(zhì)量比為 1 100 1 300。本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明采用汽爆預(yù)處理秸稈有效的破壞了生物質(zhì)的 組織結(jié)構(gòu)，液化試劑容易與秸稈中的纖維素和木質(zhì)素反應(yīng)，提高液化效率。第二，采用纖維 素和木質(zhì)素分別液化的方式避免了因兩者液化條件不一致造成液化產(chǎn)物組成復(fù)雜，不利用 后續(xù)的加工利用的難題。


圖1是本發(fā)明的技術(shù)路線圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。表1實(shí)施例1 3的汽爆秸稈纖維素的液化工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法，其特征在于，包括以 下步驟(1)汽爆秸稈中纖維素和木質(zhì)素的組分分離；在汽爆秸稈中加入0.2% 2%的堿液 在70°C 90°C下處理Ih 2h，汽爆秸稈質(zhì)量(g)和堿液體積(ml)的比例為1 10 1 20，反應(yīng)結(jié)束進(jìn)行固液分離，得到的固形物即為汽爆秸稈纖維素，得到的過(guò)濾液經(jīng)過(guò)超 濾膜濃縮后得到汽爆秸稈木質(zhì)素；(2)汽爆秸稈纖維素液化制備生物質(zhì)多元醇將步驟(1)得到的汽爆秸稈纖維素烘干 后，加入液化劑和催化劑，在150°C 180°C下反應(yīng)Ih 2h，其中液化劑和汽爆秸稈纖維素 的質(zhì)量比為1 1 3 1，反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)液化物pH至6 7，過(guò)濾去除液化物中的殘?jiān)?得到的液體即為生物質(zhì)多元醇；(3)汽爆秸稈木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇將步驟(1)得到的汽爆秸稈木質(zhì)素烘干 后，加入液化劑和催化劑，在110°C 140°C下反應(yīng)0. 5h 1. 5h，其中液化劑和汽爆秸稈木 質(zhì)素的質(zhì)量比為1 2 2 1，反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)液化物pH至6 7，過(guò)濾去除液化物中的 殘?jiān)?，得到的液體即為生物質(zhì)多元醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方 法，其特征在于，步驟(1)所述的秸稈包括玉米秸稈，小麥秸稈，稻稈，玉米芯，芒草。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方 法，其特征在于，步驟(1)所述的堿液是由NaOH、KOH、Na2SO3和Na2S中一種或幾種的水溶 液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方 法，其特征在于，步驟( 和步驟C3)所述的液化劑為聚乙二醇200，聚乙二醇400，聚乙二 醇600，聚乙二醇800，聚乙二醇1000，乙二醇，丙三醇，二乙二醇中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方 法，其特征在于，步驟( 和步驟(3)中所述的催化劑是無(wú)機(jī)酸，催化劑與液化劑的質(zhì)量比 為 1 100 1 300。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇 的方法，其特征在于，催化劑是硫酸、鹽酸和磷酸中的一種；催化劑與液化劑的質(zhì)量比為 1 100 1 300。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽爆秸稈纖維素和木質(zhì)素液化制備生物質(zhì)多元醇的方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用汽爆技術(shù)破壞植物致密組織的結(jié)構(gòu)，增加液化劑與秸稈的接觸面積，有利于液化劑的滲透反應(yīng)，提高液化效率。另外，采用纖維素和木質(zhì)素分別液化的方式，有利于控制液化條件和液化產(chǎn)物的分子量以及可反應(yīng)的官能團(tuán)含量，避免纖維素和木質(zhì)素因液化溫度不一致，造成液化產(chǎn)物再聚合的現(xiàn)象，提高了液化產(chǎn)物的得率。
文檔編號(hào)C07C29/00GK102146017SQ20111003409
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者王嵐, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所