[发明专利]秸秆羧甲基化组分分离及制备秸秆羧甲基纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于秸秆废弃物资源利用领域，特别涉及一种包含蒸汽爆破与羧甲基化反应的组合预处理手段来实现秸秆制备羧甲基纤维素及达到组分分离的方法。

背景技术

农作物秸秆是最常见的木质纤维素材料，也是数量极其丰富的生物质资源，我国秸秆平均年产量可达7亿吨，居世界之首。作为一种重要的可再生性资源，秸秆包含了纤维素，半纤维素和木质素三大组分，国内外研究者从各个学科角度都进行了较全面的研究。但由于秸秆资源的组分丰富、结构复杂，长期过分地强调其中纤维素单一组分的利用而没有工艺的耦合使得基于秸秆资源开发的产品在产品性能、技术经济及环境方面至今都还没有实现有竞争力的突破。而如果能够通过预处理技术、发酵技术、物理化学及生物技术等手段的综合运用来有效地利用秸秆资源，将为实现变废为宝，推进工业社会进入生物炼制时代做出巨大的贡献。

羧甲基纤维素是应用最为广泛，最具代表性的离子型纤维素醚。羧甲基纤维素水溶液有增稠、粘结、成膜、保护胶、保持水分、乳化及悬浮等作用，广泛用于洗涤剂、食品、纺织、印染、造纸、石油、采矿、化妆品等多种工业，有“工业味精”的美誉。制备羧甲基纤维素的原料主要用经精制(纯化)的棉短绒和木浆，通常要求纤维素原料的α-纤维素含量不低于88％，聚合度500-2000。这就造成了原料成本居高不下，纤维素预处理困难并且对环境造成极大的污染。因而，开发廉价原料，降低预处理的成本，优化工艺过程成了当务之急。

专利CN1410451A中提出了用稻草制取羧甲基纤维素的方法，基本的原料预处理方法为经酸煮或碱煮处理后提取出其中的α-纤维素组分，再对α-纤维素组分进行醚化处理，原料成本虽有所下降，但工艺路线复杂，处理条件苛刻，污染严重。专利CN101230547A中用微波辐射的方法对木质纤维素原料进行处理，通过高温下过氧化氢作用去除木质素成分而获得较纯的纤维素组分，再进行羧甲基化反应，减短了反应时间，但仍是集中于纤维素组分的单一利用而未实现秸秆三组分的全利用。

汽爆秸秆醚化组分分离是通过将秸秆进行预处理，然后对其进行直接羧甲基化，利用秸秆组分羧甲基后产物理化性质的不同而进行分离。秸秆羧甲基化主要是秸秆中纤维素、半纤维素、木质素等组分中的羟基与氯乙酸钠反应，得到羧甲基化的纤维素即羧甲基纤维素钠，羧甲基化的木质素(使木质素得到改性)以及其他羧甲基化产物。

纤维素、半纤维素和木质素通过氢键、化学键等作用相互交织而形成复杂紧密的细胞壁结构，使得天然纤维原料组分分离和利用困难。若直接利用天然秸秆进行羧甲基化反应，反应转化率低，而且反应时间长。因此要实现秸秆的羧甲基化反应，必须先进行秸秆的活化预处理。

组分分离就是要实现生物质的综合利用，以最大得率分离天然纤维质原料中各个组分，以尽可能地保持分子的完整性，以最大程度的优化利用和最终实现生物质的最大价值。预处理的目的就是打开秸秆组分之间的强键结合，破坏木质素对纤维素的包裹作用以及纤维素的结晶结构，对组分进行活化。因而，选择合理、经济、环境友好型的预处理方法是羧甲基化反应的关键。

在此思路下，针对秸秆木质纤维原料的组分丰富、结构复杂的特点，我们开发了新的组分分离技术体系。

发明内容

【本发明的目的】本发明的目的之一是针对秸秆这种多组分的木质纤维原料，开发了适应于其特殊结构的组分分离方法，从而既能实现秸秆组分分离，又可得到高附加值的羧甲基纤维素，同时分离得到的其他组分也得到最大价值的利用，克服了传统组分分离方法的单一组分利用的局限性及对环境造成的巨大危害。

【本发明的构思】秸秆资源的生物量全利用要求实现秸秆内各组分的分别利用，然而，目前的预处理方式仍然集中于纤维素单一组分的获得或者是仅采用单一的预处理方式，前者造成了其它组分资源的浪费而后者则难以获得优良的分离效果。采用蒸汽爆破活化处理秸秆，然后通过醚化反应来使秸秆三大组分功能化，再通过分离实现不同组分的利用，这就为综合利用秸秆资源提供了新的思路。

【本发明技术方案】本发明的技术方案如下：

本发明提供的植物秸秆羧甲基化组分分离及制备羧甲基纤维素的方法，其步骤如下：

1)对植物秸秆碎料进行蒸汽爆破活化预处理，并烘干；

2)对步骤1)的蒸汽爆破活化预处理后的植物秸秆料进行羧甲基化处理；