[发明专利]从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及农林生物资料利用与技术，特别涉及一种从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法及应用。

背景技术

随着全球化石燃料的日趋紧张和环境污染日益严重，能源和环境危机已成为21世纪人类社会可持续发展的主要障碍。利用可再生生物质作为化石燃料的替代品变得愈加迫切和重要。生物质燃料和生物基产品就是其中重要的研究方向之一。

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000亿吨，但是89％尚未被人类利用。我国的木质纤维原料非常丰富，据初步估计，我国仅现有的农林废弃物就为15亿吨(约合7.4亿吨标煤)，可开发量约为4.6亿吨标煤，同时再加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维原料总量可达20亿吨以上。预测2020年农林废弃物和可开发量将分别达到11.65亿吨和8.3亿吨标煤。

木质纤维原料中纤维素约占干重的35～45％，半纤维素约占20～40％，木质素占20～30％。木质素分子具有多种活性官能团(如芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等)，在现代工业中有较高的利用价值，已开发的木质素产品可达200余种。因此采用适宜技术将木质纤维原料转化为生物质燃料和生物基产品，对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。

生物质气化发电在生物能源产业一枝独秀，生物质固体成型燃料技术要求低、易于推广使用，但只适用于中小型锅炉供热和中小型工业窑炉。液体燃料是我国极为缺乏的能源品种，但目前生物质液体燃料技术尚未成熟，亟待技术上的突破。其中利用生物质中的纤维素、半纤维素经糖化制取燃料乙醇、丁醇等液体燃料是重要的突破方向之一，其技术上亟待突破点之一就是摆脱木质素对纤维素的束缚，分离出富含纤维素和半纤维素的原料用于制糖工艺。

目前我国高分子材料和化学品主要依赖石油资源，其中仅塑料市场消费量就超过7000万吨/年，折合消耗石油资源约8000万吨，但是生物质基替代产品不足1％，因此亟待研发替代石油基产品的生物质基产品，如节能保温材料、热固性树脂材料、功能高分子材料等产品，降低石油依赖，为应对气候变化和能源危机做出积极贡献。但是目前木质素一般来从造纸黑液中回收，其回收较难，且造成环境污染。

因此，开发环境友好的高效分离木质素的方法，得到富含综纤维素的工艺原料和木质素产品，提高木质纤维原料的利用率已经成为各国科研人员研究的热点和焦点。

经检索发现，公开号为CN102561082A的发明专利公开了一种从木质纤维原料提取半纤维素、纤维素和木质素的方法，该方法将木质纤维原料先通过热水抽提得到半纤维素，然后通过温和条件下的碱性有机溶剂将木质素提取出来。该方法只适用于灌木红柳，不能应用于绝大多数的木质纤维原料，有很大的局限性，并且需要加入硫酸或盐酸等酸性物质。

针对现有技术的缺陷，本申请提供了一种具有普适性的从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法。

本发明的第二目的是利用本发明的方法制备的木质素和综纤维素及其分别在制备燃料或材料中的应用。

为实现本发明的第一目的，具体采用如下的技术方案：

一种从木质纤维原料中分离木质素的方法，包括如下步骤：

a.将木质纤维原料与碱液混合后浸泡润涨；

b.对经过浸泡润涨的木质纤维原料进行均质化处理，过滤分离得到固体滤渣和滤液一，对固体滤渣进行水洗处理；

c.将水洗后的固体滤渣加入到苯磺酸盐水溶液中蒸煮，过滤分离得到含综纤维素的滤渣和含木质素的滤液；

d.对含综纤维素的滤渣进行水洗处理后得到综纤维素；

e.在步骤c得到的含木质素的滤液中加水析出木质素，过滤得木质素滤渣和滤液二，对木质素滤渣水洗干燥得木质素。

为了节约成本、减少废液排放，滤液二含有中的苯磺酸盐可重复多次使用。因此，本发明从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法还包括对滤液二进行浓缩处理，得到浓缩后的苯磺酸盐水溶液，在步骤c中作为苯磺酸盐水溶液重复利用。

为了环保节能、节约成本、减少废液排放，本发明从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法还包括对滤液一在步骤a中作为碱液重复利用。

本发明从木质纤维原料中分离木质素和综纤维素的方法，步骤a中木质纤维原料与碱液的质量比为1-2:10，浸泡润涨的温度为室温-120℃，时间为0.5-24小时。