一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素加工與應(yīng)用領(lǐng)域，主要涉及一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，不可再生資源日益短缺，能源危機日趨嚴(yán)重，而生物質(zhì)能源因其來源廣泛、可再生性強、價格低廉等優(yōu)點成為當(dāng)前國際研究的熱點。其中木質(zhì)纖維素已經(jīng)成為石化資源的一個理想替代品。木質(zhì)纖維素原料主要成分含量為纖維素(35%-50%)、半纖維素(20%-40%)和木質(zhì)素(15%-25%)。其中麥草纖維具有更明顯的優(yōu)越性，我國麥草原料種植面積廣，產(chǎn)量大，資源豐富，且其纖維長度、勻整度及纖維細(xì)度均優(yōu)于其他禾草類植物，綜纖維素含量高，木質(zhì)素含量低，且易溶出，具有優(yōu)良的制漿造紙性能。麥草主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素主要被用作造紙原料，而其他組分則以直接燃燒提供能量的方式簡單利用，這必然造成生物質(zhì)的利用程度低。然而，由于木質(zhì)素的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得原料的全組分較難同時溶解于普通溶劑，導(dǎo)致難以木質(zhì)纖維素全組分進行分離、改性或其他應(yīng)用，進而限制了它在能源、化工原料、精細(xì)化學(xué)品等方面的綜合利用。以往溶解和分離木質(zhì)纖維時多用酸、堿溶液和有機溶劑，這些溶劑體系普遍存在著成本高、污染重和回收率低等問題。
[0003]針對上述現(xiàn)有的木質(zhì)纖維溶解工藝中存在的問題，本發(fā)明人基于長期的實踐經(jīng)驗及豐富的專業(yè)知識積極加以研究和創(chuàng)新，最終發(fā)明一種木質(zhì)纖維素溶解的新方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1.本發(fā)明的目的是要提供一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0005]包括如下步驟:
[0006](1)將粉碎好的木質(zhì)纖維素原料加入到多元醇-酸或有機酸-酸混合浸漬液中加熱潤脹；
[0007](2)機械攪拌并油浴加熱使其潤脹；
[0008](3)將木質(zhì)纖維原料及浸漬液輸送到機械壓榨裝置中；
[0009](4)木質(zhì)纖維原料和浸漬液經(jīng)過機械壓榨裝置連續(xù)揉搓、浸漬并擠出；
[0010](5)將步驟(4)得到的木質(zhì)纖維素在油浴中加熱機械攪拌溶解，得到木質(zhì)纖維素溶解液。
[0011]2.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素原料為一切含有纖維素的原料，如化學(xué)漿、機械漿、α -纖維素、微晶纖維素、木材或草類稻桿等。
[0012]3.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的潤脹時浸漬液中多元醇為丙三醇、乙二醇、聚乙二醇中的一種或幾種混合。
[0013]4.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的潤脹時浸漬液中有機酸為甲酸、乙酸中的一種或兩種混合。
[0014]5.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的潤脹時浸漬液中酸為硫酸、鹽酸、磷酸中的一種。
[0015]6.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的潤脹時木質(zhì)纖維原料與多元醇-酸混合浸漬液的質(zhì)量比為1: 5-10。
[0016]7.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素使用多元醇-酸混合浸漬液潤脹的溫度為100-180°C。
[0017]8.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素使用多元醇-酸混合浸漬液潤脹的時間為0.1-lh。
[0018]9.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的潤脹時木質(zhì)纖維原料與有機酸-酸混合浸漬液的質(zhì)量比為1: 5-12。
[0019]10.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素使用有機酸-酸混合浸漬液潤脹的溫度為60-100 °C。
[0020]11.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素使用有機酸-酸混合浸漬液潤脹的時間為0.1-lh。
[0021]12.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(1)中所述的木質(zhì)纖維素潤脹時采用油浴加熱，并且冷凝回流。
[0022]13.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(3)中所述的機械壓榨裝置采用螺桿擠壓裝置或滾筒擠壓裝置。
[0023]14.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(5)中所述的溶解時木質(zhì)纖維原料與多元醇-酸混合浸漬液的質(zhì)量比為1: 8-15。
[0024]15.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(5)中所述的溶解時木質(zhì)纖維原料與有機酸-酸混合浸漬液的質(zhì)量比為1: 8-15。
[0025]16.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(5)中所述的溶解時加入的酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1% -1% (相對于溶劑)。
[0026]17.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(5)中所述的溶解時使用的溫度為60_120°C。
[0027]18.本發(fā)明提供的一種木質(zhì)纖維素原料的溶解方法中，步驟(5)中所述的溶解時所用時間為0.5_3h。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0029]1.本發(fā)明方法使得木質(zhì)纖維素原料變?yōu)橐环N流動狀態(tài)，更加有利于木質(zhì)纖維素的利用。
[0030]2.本發(fā)明所用溶劑成本較低，符合實際生產(chǎn)需求。
[0031]3.本發(fā)明方法在現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)上進行，無需其他額外設(shè)備。
[0032]4.本發(fā)明方法工藝簡單可行，成本較低，綠色環(huán)保，屬于環(huán)境友好型技術(shù)。
【附圖說明】
[0033]圖1是木質(zhì)纖維素原料溶解過程中纖維素原料形態(tài)變化圖(a是木質(zhì)纖維素原料，b是機械壓棒之后，c是半溶狀態(tài)，d是溶解狀態(tài))。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，技術(shù)工藝步驟，具體實施條件和材料，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0035]本實施例中的木質(zhì)纖維素原料為楊麥5號，取自江蘇省高淳縣。其纖維素含量為44%,半纖維素含量為23%，木質(zhì)素含量為22%。木質(zhì)纖維原料經(jīng)過碎漿機打散，風(fēng)干，平衡水分，備用。丙三醇(分析純)，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司，純度彡98%。乙二醇(分析純)，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。聚乙二醇400 (分析純)，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。甲酸(分析純)，購自南京化學(xué)試劑有限公司。乙酸(分析純)，購自南京化學(xué)試劑有限公司。硫酸(分析純)，購自南京化學(xué)試劑有限公司，純度多98%。鹽酸(分析純)，購自南京化學(xué)試劑有限公司，純度多38 %。磷酸(分析純)，購自南京化學(xué)試劑有限公司，純度多85%。其他所用試劑都為分析純，直接購買使用，未進行進一步純化。
[0036]實施例1
[0037]采用本發(fā)明圖1所示的工藝流程示意圖，溶解木質(zhì)纖維素。稱取50g絕干木質(zhì)纖維原料、400g丙三醇和3.5g H2S04(72% )置于1000mL燒杯中，將燒杯在120°C下油浴加熱1小時。待到其充分潤漲之后，將木質(zhì)纖維-丙三醇-酸混合體加入到機械壓榨裝置中，使用螺桿推進木質(zhì)纖維原料。將螺旋擠壓得到的木質(zhì)纖維素在100°C的油浴鍋中加熱溶解0.5h，得到木質(zhì)纖維素溶液。
[0038]實施例2
[0039]采用與實施例1相同的工藝流程示意圖，溶解木質(zhì)纖維素。稱取50g絕干木質(zhì)纖維原料、400g丙三醇和5g HC1(38% )置于1000mL燒杯中，將燒杯在80°C下油浴加熱1小時。待到其充分潤漲之后，將木質(zhì)纖維-丙三醇-酸混合體加入到機械壓榨裝置中，使用螺桿推進木質(zhì)纖維原料。將螺旋擠壓得到的木質(zhì)纖維素在100°C的油浴鍋中加熱溶解0.5h，得到木質(zhì)纖維素溶液。
[0040]實施例3
[0041]采用與實施例1相同的工藝流程示意圖，溶解木質(zhì)纖維素。稱取50g絕干木質(zhì)纖維原料、400g丙三醇和4g H3P04(85% )置于1000mL燒杯中，將燒杯在80°C下油浴加熱1小時。待到其充分潤漲之后，將木質(zhì)纖維-丙三醇-酸混合體加入到機械壓榨裝置中，使用螺桿推進木質(zhì)纖維原料。將螺旋擠壓得到的木質(zhì)纖維素在100°C的油浴鍋中加熱溶解0.5h，得到木質(zhì)纖維素溶液。
[0042]實施例4
[0043]采用本發(fā)明圖1所示的工藝流程示意圖，溶解木質(zhì)纖維素。稱取50g絕干木質(zhì)纖維原料、400g乙二醇和3.5g H2S04(72% )置于1000mL燒杯中，將燒杯在120°C下油浴加熱1小時。待到其充分潤漲之后，將木質(zhì)纖維-乙二醇-酸混合體加入到機械壓榨裝置中，使用螺桿推進木質(zhì)纖維原料。將螺旋擠壓得到的木質(zhì)纖維素在100°C的油浴鍋中加熱溶解0.5h，得到木質(zhì)纖維素溶液。
[0044]實施例5
[0045]采用與實施例1相同的工藝流程示意圖，溶解木質(zhì)纖維素。稱取50g絕干木質(zhì)纖維原料、400g乙二醇和5g HC1(38% )置于1000mL燒杯中，將燒杯在80°C下油浴加熱1小時。待到其充分潤漲之后，將木質(zhì)纖維-乙二醇-酸混合體加入到機械壓榨裝置中，使用螺桿推進木質(zhì)纖維原料。將螺旋擠壓得到的木質(zhì)纖維素在