[发明专利]一种同步生产纤维素纳米晶须和乙醇的工艺

说明书

本发明公开了一种同步生产纤维素纳米晶须和乙醇的工艺。其工艺流程为：备料→PFI打浆→浓酸水解→离心洗涤→悬浊液→透析→纤维素纳米晶须（CNC）;离心上清液+残渣→CaCO3调节pH→稀酸水解→CaCO3中和反应→微孔过滤→共发酵→生物乙醇。本发明的优点是原料的利用率高，乙醇转化率高，废水污染少，为生物质高效高值转化提供一条新途径。

技术领域

本发明涉及纤维素纳米晶须(CNC)和乙醇生产领域，尤其是涉及一种同步生产纤维素纳米晶须(CNC)和乙醇的工艺。

背景技术

天然纤维素是自然界中最丰富的生物质资源，广泛存在于动物、植物及微生物中。纤维素是由β-D-吡喃式葡萄糖单元以1,4-β-苷键连接而成的具有结晶结构的线状高分子化合物。一般来讲，纤维素纳米晶须(CNC)主要是由纤维素的结晶区组成的长度在50-400nm之间，直径在10-30nm之间的、高结晶度的棒状聚集态结构。这些特性使得纳米微晶纤维素具有很高的经济价值，广泛用于纳米复合材料、医药载体、造纸、包装、涂料、食品添加剂等领域。

目前来讲，最为普遍的CNC制备方法为浓硫酸水解，其得率约在20-50％之间。这也意味着大部分的纤维素和半纤维素以低聚糖的形式存在于CNC废液中。这些糖类随着废水排出造成资源的浪费。因此，利用CNC废水制备生物乙醇是一个高效利用生物质资源的可行的途径，尽管它存在很多问题。一、CNC废水含有大量的硫酸，用碱中和后会产生高盐废水。二、废水中的糖大部分以低聚糖的形式存在，影响乙醇的高效转化。三、以常规纤维原料生产CNC的废水中存在大量的木聚糖并没有被利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步生产纤维素纳米晶须和乙醇的工艺。本发明的优点在于原料的利用率高，乙醇转化率高，废水污染少，为生物质高效高值转化提供一条新途径。

本发明的目的是通过以下技术方法实现的。

一种同步生产纤维素纳米晶须和乙醇的工艺，包括以下步骤：

(1)备料：将浆板浸泡后撕碎；

(2)打浆：将撕碎后的浆板加入PFI磨中打浆，再干燥，得浆料；

(3)浓酸水解：向步骤(2)所得浆料中加入浓酸，40-60℃下进行水解反应，反应后加入水终止反应；

(4)离心洗涤：离心，收集上清液，不断重复向固体残渣中加水洗涤，离心，收集上清液，直到上清液变浑浊，然后收集上层的浑浊液,继续向固体残渣中加水冲洗，离心，收集上层的浑浊液，直到上层浑浊液变澄清，再收集固体残渣；

(5)透析：将步骤(4)所得浑浊液加入透析袋中透析，得纤维素纳米晶须；

(6)调节pH：混合步骤(4)所得上清液和固体残渣，调节所得溶液的pH至0.15-0.2；

(7)稀酸水解：将步骤(6)所得溶液加入灭菌锅中115-125℃下稀酸水解，得水解液；

(8)中和反应：调节水解液的pH为中性；

(9)过滤：将步骤(8)所得混合液过滤，得滤液和滤渣；

(10)厌氧发酵：将发酵营养液和酵母提取物加入步骤(9)所得滤液中，得发酵液，再在30-40℃下进行厌氧发酵48-96h，得乙醇。

优选的，步骤(1)所述浆板为普通浆板并非溶解浆板。

优选的，步骤(3)所述浓酸为硫酸，浓度为60-64wt％。

优选的，步骤(3)所述浆料与浓酸的质量比为1:15-1:30；所述水解反应的时间为30-90min；所述水的用量为反应液体积的5-10倍。