[发明专利]办公废纸酸水解糖化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物纤维类生物质转化利用，具体涉及办公废纸酸水解糖化的方法。

背景技术

随着化石资源的日益短缺，生物质作为一种清洁和可再生的资源， 其开发和利用具有非常积极的意义，受到国内外越来越多的关注。在我国，开发新的可再生的能源来代替传统能源已刻不容缓，而纤维素是地球上含量最丰富的可再生能源之一。探索从纤维素这种蕴藏量十分丰富的可再生能源转化为清洁燃料和化学品的技术已经得到广大研究者的关注。

我国具有丰富的生物质资源，办公废纸等二次植物纤维资源具有纤维含量高、价格低廉的特点，可以通过水解糖化转化为糖类化工原料，再经催化反应或生物发酵可转化为航空燃料、羟甲基糠醛、乙醇、丁醇等生物燃料，具有良好的资源化利用前景。

目前，纤维素的化学水解仍以酸水解为主，其他的水解方法如超临界水解方法正在探索之中。酸水解工艺主要为浓酸水解和稀酸水解。在浓酸水解中，结晶纤维素在较低的温度下（10℃～45℃）能完全溶解于72%的硫酸和42%的盐酸中，但溶解了的纤维素分解生产的主要是寡糖而不是葡萄糖，半纤维素能在酸水解条件下很好的被分解。纤维素浓酸水解过程中伴有葡萄糖的回聚作用，葡萄糖的回聚是纤维素水解的逆过程，水解液中单糖和酸的浓度越大，回聚程度越大，葡萄糖的回聚生成二聚糖或三聚糖，使葡萄糖得率降低。稀酸水解时，大部分半纤维素溶解于酸溶液中，纤维素和剩下的一部分半纤维素则呈不溶解状态。稀酸水解可将纤维素完全水解为葡萄糖，但需要在高温高压下进行，反应条件较为苛刻。

发明内容

为解决现有技术中纤维素水解葡萄糖得率低、反应条件苛刻的缺陷，以及针对办公废纸，尤其是废纸屑等不适合制浆造纸的废纸原料没有得到合理利用、废弃后不利于环保的现状，本发明提供一种办公废纸酸水解糖化的方法。

该方法在常压下利用两段酸水解对办公废纸或其碎纸屑进行处理，即：先用浓酸预处理，废纸中纤维素先在浓酸中润胀和溶解，从而破坏纤维素的结晶结构，形成酸的复合物，再水解成低聚糖和葡萄糖；然后将浓酸稀释，在稀酸条件下进一步水解，可使纤维类原料水解更彻底，得到以葡萄糖为主要组分的单糖类产物。

本发明对办公废纸等废弃物的利用具有重要意义，为废纸转化为单糖类平台化合物、及后续单糖的进一步转化与利用奠定了基础。

本发明目的通过如下技术方案实现：

（1）将办公废纸或办公废纸屑进行碎浆、浮选脱墨预处理后，再经洗涤，得到预处理后的浆料；

（2）第一段常压浓酸水解：按5:1～20:1的酸固比，将质量浓度为40%～80%的无机酸溶液与预处理后的浆料混合并搅拌，进行水解反应，得到第一段水解液，即浓酸水解液；所述酸固比为无机酸溶液的体积与绝干浆质量的比值；

（3）第二段常压稀酸水解：向第一段水解液中加入清水稀释浓酸水解液，继续进行水解，得到第二段水解液，即含有单糖产物的水解液；所加清水的体积为第一段常压浓酸水解加入无机酸溶液体积的10倍～20倍。

进一步的，步骤（1）所述碎浆条件为：碎浆浓度5%～15%，加入用量分别相当于绝干浆质量0.5%～1.5%的NaOH、0.2%～1.0%的H₂O₂、1%～2%的NaSiO₃，混合后进行碎解，控制温度50℃～60℃，时间20min～30min，转子转速200r/min～300r/min。

进一步的，步骤（1）所述浮选脱墨的条件为：浆浓0.8%～1.2%，温度40℃～50℃，时间3min～10 min；浮选脱墨之后的浆料用水洗涤3次～5次。

步骤（2）所述无机酸为硫酸、盐酸或磷酸。

常压两段水解避免了浓酸水解末期的纤维素回聚。

为进一步实现本发明目的，步骤（2）所述常压浓酸水解时的水解温度为20℃～80℃，水解处理时间为20min～90min。

第二段的常压稀酸水解不需要高温高压的苛刻条件，可以在常压和100℃以内的条件下完成。

作为优选的，所述常压稀酸水解时的水解温度为50℃～100℃，水解处理时间30min～180min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种有效的纤维素糖化的方法，常压两段酸水解处理后，水解产物以葡萄糖单糖为主，另含有极少量木糖，最终水解产物中总的单糖含量达到85%～93%，还原糖的转化率达到85%以上；

2、本发明采用两段酸水解，经常压两段酸水解糖化，得到的单糖类平台化合物，可以直接利用，也可以进行后续的进一步转化和利用；