[发明专利]一种无污染的高纯度纤维素的分离分析方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维素分离测定技术领域，具体涉及木质纤维原料中一种无污 染的高纯度纤维素的分离分析方法。

背景技术

纤维素作为一种巨大的绿色资源，由于其可再生、可生物降解、可生物相 容、可衍生化等优点越来越引起科学家们的广泛兴趣。

从木质纤维原料中分离纤维素需要首先脱除木质素和半纤维素。为了获得 纤维素纸浆，传统的制浆方法采用含硫的制浆化学品，把大部分木质素和部分 半纤维素降解成小分子溶解在液相介质中，但存在环境污染严重、生产的纤维 素纸浆对TCF(全无氯)漂白的适应性差等问题。为了解决这些问题，在过去 的几十年中产生了许多制备纤维素的新方法，其中研究较多的是环境污染小、 能耗低的有机溶剂法，即采用有机溶剂在无催化剂或有催化剂存在的条件下降 解木质素和半纤维素、得到纤维素的方法。一般来说，可使用的有机溶剂主要 是有机酸或醇。在各种有机酸中，乙酸由于在单段过程中具有脱除木质素的广 泛性和选择性引起了科学工作者的特别注意。在乙酸制备纤维素过程中可以分 离出含有纤维素的固相物质和含有木质素和半纤维素降解产物的液相物质，从 液相中提取的无硫木素、半纤维素糖类、糠醛(戊糖脱水形成)和乙酸(乙酰 基水解产生)等作为反应副产品可用于商业生产。整个过程中，乙酸既是催化 剂又是溶剂，不需要添加其它溶剂，简化了回收过程，而且乙酸能降低所需的 反应温度和压力，减少了生产成本，适合小规模建厂，挥发性的乙酸通过蒸馏 回收后可循环用于生产。此外制备的纤维素纸浆还具有可漂性较高、易于TCF 漂白、生产中无臭味气体排放等优点。目前，乙酸法包括盐酸作催化剂的 Acetosolv法、甲酸作催化剂的Formacell法，以及无催化剂的Acetocell法。 最近，Pan等用硫酸作催化剂在乙酸—水体系中选择性地对稻草的木质素、半 纤维素进行分离，获得的纤维素纸浆具有良好的物理和化学性能。Lam等采用 甲酸—乙酸—水混合体系处理木质纤维原料，可以较好地分离木质素、半纤维 素，得到的纤维素纸浆性能良好。

通常从木质纤维原料中获得的纤维素由于纯度较低，纤维素白度不高，不 能满足商业需要，还必须进一步漂白。传统的漂白方法是使用氯或含氯漂剂， 利用其强氧化性与木质素反应提高白度。使用含氯漂剂虽然漂白效果好，但是 会引起严重的环境污染，除了具有高负荷的生化需氧量(BOD)和化学需氧量 (COD)之外，在漂白废水中含有各种有机氯化物、氯代酚，氯化时还产生二 噁英、呋喃两个系列200多种产物，其中十多种有剧毒，具有致癌性、致突变 性、致畸胎性，引发多发性脑神经病变等毒性。解决污染问题的一个方法是摒 弃含氯漂白，采用无元素氯(ECF)和全无氯(TCF)漂白新技术，使用无环境 危害的漂剂，如氧、臭氧、过氧化物等；另一个方法是改进纤维素分离技术， 使纤维素制备物具有高纯度和高白度而不需要进行漂白。

由于乙酸是一种弱酸，为了提高反应效率，可以加入盐酸、硫酸或甲酸等 作催化剂。但甲酸和乙酸在与木质纤维原料反应时生成相应的酯，引起反应试 剂的损失；盐酸、硫酸作催化剂虽然能提高脱木素效果，但是纤维素制备物的 纯度和白度仍较低，还需要进一步漂白。研究发现，硝酸与高分子含碳化合物 反应获得的氧化产物的结构取决于反应条件，特别是反应温度、硝酸用量以及 碳原子的化学结构，在氧化的最初阶段，硝酸溶液中的HNO₃、(OH)₂NO⁺、NO₂⁺、 NO₃⁺、H₃O⁺等作为氧化剂，还原后形成氮氧化物，在硝酸与木质纤维的反应过程， 可以选择性地降解木质素大分子，对纤维素的破坏较少，可以获取高纯度的纤 维素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无污染的高纯度纤维素的分离分析方法，它采 用全无氯的无污染技术制备高纯度的纤维素，不需要进行漂白，有助于解决造 纸工业污染问题，而且分离出的高纯度纤维素还是许多工业生产的潜在原料。

本发明的无污染的高纯度纤维素的分离分析方法，包括以下步骤：

第一步：原料准备

木质纤维原料经晒干后切成小块，磨碎，取通过4～6mm筛孔的部分，置于 40～60℃烘箱中并保持空气循环干燥15～20h；

第二步：纤维素的分离