[发明专利]再加工含水的包含木质素的溶液的方法

说明书

本发明涉及一种再加工含水的、碱性-醇的、含木质素的溶液的方法。特别地，本发明涉及一种用于从在木质纤维素的降解中得到的水溶液中获得木质素的方法。

与原油的短缺有关，可再生原料木质纤维素(秸秆，木材，纸废物等)作为化学制品和燃料的起始原料已经获得了越来越多的重要性。木素纤维素由超结构交联的聚合物主要成分纤维素、半纤维素和木质素组成，这往往占原料的约85-90％。其余的物质可以被概述为术语低分子量成分。在这些成分中除了提取物和无机副产品，特别强调的是乙酸酯。乙酰基主要出现在落叶木和草和其他木质纤维素中。通常它们在其中是与半纤维素化学结合的，更准确地，在聚合物氧-乙酰基-4-氧-甲基葡糖醛酸基(阿拉伯糖基)木聚糖中。乙酸酯在许多方面是非常重要的。作为材料，可以以乙酸的形式从落叶木纤维素的纤维素纸浆液(Kochlauge)中蒸馏制备。在从木质纤维素底物如秸秆中制备生物醇时，乙酸酯是一种强抑制剂，会消极地影响醇产量。

作为聚合物存在的组分的裂解和其分离成单独的产品流以及进一步加工成高阶产品是生化平台的生物炼制的任务。这种生物炼制的收益性在很大程度上取决于在产品流的基础上可以创造的价值。

除了使用碳水化合物部分，还有获得的木质素的数量和质量对整个过程中的价值创造有很大的影响。作为石化生产芳烃的替代品，木质素具有非常高的经济价值。制备的木质素的应用可能性，然而，非常大地取决于其化学组成，特别是制备的木质素级分的分子量。特别地，无硫低分子量的木质素级分作为在塑料和树脂的生产使用的原料是有需要的。与硫酸盐(Kraft)或亚硫酸盐纤维素工厂相反，生物炼制的目的在于制备无硫木质素。

在降解木质纤维素的生物炼制中使用的方法中，被提及的特别是碱性方法，其降解的原理主要是去除木质素。特别是落叶木、秸秆、甘蔗渣或一年生和多年生草类被发现作为木质纤维素底物是有利的。这基于的化学原理是碱性酯裂解，依靠该原理木质素和半纤维素之间的结合以及乙酸-半纤维素酯被裂解。另外使用的醇，优选使用乙醇，改进了木质素的溶解性，从而能够降低反应温度。这种方法已被Avgerinos和Wang在1981年提交的专利(US4,395,543)中描述。在其中，要求保护了一种用于降解木质纤维素的方法，其中使用的提取溶液由水和40到75％的醇组成，pH值为11～14之间。此外，在专利中指出，随着醇含量的增加，释放的半纤维素裂解产物的量减少。因此，具有高的醇含量的降解溶液实现更选择性的结果。

来自木素纤维素降解的具有醇、水和碱的提取溶液往往具有在12-14的范围内的高的pH值，含有在40-75％的范围内的醇浓度，温度从40到90℃。

碱性-醇降解方法的一个重要的经济因素是醇被回收的方式。首先，这通过从降解溶液中热回收的方式实现。显著的节能潜力就在于减少将要被加热处理的溶液的量，通过尽可能选择性地分离出醇降解溶液。

通过木质素溶液的超滤，例如，通过使用陶瓷膜，木质素级分被分离成分别具有5、10或15kD的级分(A.Toledano等，Chemical Engineering Journal 147(2010)93-99)，纳米过滤进一步提供了分离具有低分子量的级分的可能性。对于在纤维素工业的碱性工艺废水中的半纤维素成分，R·Schlesinger等(Desalination 192(2006)303-314)报道了具有大于1kD的分子的几乎完全的分离。

在纳米过滤中，使用具有不同的膜结构的各种膜材料，。无机陶瓷膜由同质的材料制成，通过膜的厚度显示出气孔结构的变化。复合材料膜相当经常地被使用，其中的活性膜分离层对于分离效果是决定性的。作为这种分离层的膜材料，经常使用聚醚砜膜、磺化聚醚砜膜、聚哌嗪膜和芳族聚酰胺膜。

在造纸和纤维素领域使用纳米过滤，例如，在WO02/053783和WO02/053781中用于在从亚硫酸盐处理工艺的“黑液”的纳米过滤的渗透物中富集木糖。在WO/2007/048879中描述了纳米过滤工艺，用于从具有高的干物质含量的生物质水解产物中分离木糖。

此外，有报道通过纳米过滤从碱性的黑液中获得单糖(US2009/0014386A1)。

在US20060016751中描述了用于浓缩造纸厂的提取物流和废物流的纳米过滤方法。