[发明专利]一种林地荒草联产纸浆与燃料乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于林地荒草资源的综合利用，特别涉及到一个以林地荒草为原料，清洁分级联产纸浆与燃料乙醇的方法。

背景技术

林地荒草包括霸王草、龙须草和茅草等，大多为多年生、直立丛生的禾本科植物，有生长快、分蘖力强、产量高等特点。林地荒草在丘陵山区大量分布，由于长期无人开发利用，多呈自生自灭状态，然而，林地荒草具有丰富的纤维组织，综纤维含量达到65％以上，可代替木材作为造纸的原料，为国家节约木材，也可使农民增加经济收入，同时也是水土保持和绿化国土的优良植被，因此开发利用山区林地荒草资源，可促进轻工业生产和发展，使林地荒草的综合利用成为新的创收点。

作为造纸原料的林地荒草细胞包括两大类：纤维细胞与杂细胞，杂细胞大多属于薄壁细胞，在制浆蒸煮时薄壁细胞易吸收药液起化学作用，增加化学药品消耗，洗涤时大部分流失，吸水性强，给抄纸带来困难。而且杂细胞交织能力弱，机械强度差，造成纸张强度下降，所以，造纸时杂细胞应该越少越好。但是林地荒草经过汽爆预处理后，分离得到的杂细胞组织、细小纤维组织在酶解或者发酵利用时可及性提高，有利于酶解发酵生产燃料乙醇。

国内以草类原料制浆，采用传统的方法多存在蒸煮黑液热值低、黏度大、并有硅干扰等难以处理问题，污染问题严重。另外得到的纸浆品位低下，不能与高档木浆相提并论，而且目标产物只有纸浆，产品形式单一。

乙醇自催化制浆是一种无污染制浆技术，自催化乙醇法通常是不添加任何化学药品作催化剂，而依赖于制浆过程中释放的酸来提供所需的酸度。乙醇法制浆原料广泛，特别是对草类原料来说，高SiO₂含量对该法没有影响。乙醇制浆不会出现过煮问题，浆滞留在蒸煮器中8h，而浆的质量不受影响，漂后卡伯值低，可漂性好，对纤维素破坏比常规蒸煮小。此方法还具有投资小、得率高、副产品能有效利用等显著优点。对年产1-3万吨的小型浆厂同样适用。近年来自催化乙醇法因其巨大的发展潜力而受到青睐，并且取得了长足的进展。

发明内容

本发明的目的是提供一个以林地荒草为原料，清洁分级联产纸浆与燃料乙醇的方法。该方法在每个环节以清洁环保为导向，汽爆预处理与机械梳理组织分级相耦合，分离得到优质纤维组织、杂细胞组织和细小纤维组织。优质长纤维束组织采用汽爆预处理与乙醇自催化法相耦合，清洁制备高档纸浆，而由薄壁细胞等组成的短纤维发酵生产燃料乙醇，同时制备、回收副产物低聚木糖、木质素与纳米二氧化硅，实现林地荒草资源的分级分离、清洁、高值化利用。

本发明提供的汽爆预处理与机械梳理组织分级相耦合，实现林地荒草中优质纤维组织与杂细胞组织的分级利用的方法步骤包括：

(1)将全株的林地荒草切短后置入蒸汽爆破装置中直接进行蒸汽爆破处理；

(2)水提汽爆料得到水提液与固体物料；将水提液进行脱色、离子交换等得到副产物低聚木糖；采用梳理装置对上述水提后固体物料进行梳理和分级，得到的优质的纤维束组织、杂细胞和细小纤维组织；

(3)汽爆林地荒草优质纤维束乙醇自催化制浆

1)蒸煮：将汽爆林地荒草纤维束装入蒸煮釜中，按1kg物料加入8-12L液体比例加入45-65％(v/v)的乙醇水溶液，迅速升温至140-180℃，在此温度下保持60-180min；

2)洗涤：反应结束后，通入冷凝水，使反应器迅速冷却至70℃左右，取出，过滤得到滤液与浆料。将浆料用40-60％(v/v)乙醇水溶液在40-60℃条件下置换洗涤，每1kg干浆耗用洗液5-10kg；

3)漂白：两段漂白，第一阶段漂白液的组成为：1％Na₂SiO₃、2％H₂O₂、2％NaOH，第二段漂白液的组成为：1％Na₂SiO₃、1％H₂O₂、1％NaOH，均在70℃下，各漂2h。每1kg干浆耗用漂白液体40L。

4)回收乙醇与木质素：将滤液中的乙醇回收，水洗得木质素。

(4)汽爆林地荒草杂细胞与细小纤维组织酶解发酵生产乙醇

1)灭菌：按1Kg汽爆林地荒草杂细胞与细小纤维组织加入6-14L自来水的比例加入自来水，充分混合，121℃灭菌25min；

2)同步糖化发酵：按10-40IU FPA/g干底物将灭菌好的物料加入纤维素酶，每100克物料接种0.05-0.15g酵母后，在33-37℃厌氧发酵48-60h，蒸馏乙醇。

3)制备纳米二氧化硅：发酵固体残渣制备纳米二氧化硅。