[发明专利]一种从木质纤维素碱性反应液中回收碱的方法

说明书

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种从木质纤维素碱性反应液中回收碱的方法。本发明创造性地采用二氧化硫酸化碱性反应液中的催化转化产物及中和碱，同时采用氢氧化钙或氧化钙将难分解的亚硫酸钠或分解产物不易分离的亚硫酸铵转化为亚硫酸钙，在解决碱再生利用问题的同时，该方法可实现二氧化硫和氧化钙的循环利用，有效避免高盐有机废水的产生，提升生物质化工产业的可持续发展。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种从木质纤维素碱性反应液中回收碱的方法。

背景技术

作为特定反应的溶剂和催化剂以及中和酸的试剂，碱已成为促进国民经济发展不可缺少的重要化工原料之一。在生物质化工领域，碱液不仅可通过溶解木素来实现木质纤维素原料中木素和碳水化合物的分离，其还具有催化木素和碳水化合物转化为高附加值化学品以及中和产物中有机酸的作用。例如，以木材、竹材或农业废弃物为原料，由NaOH和水形成的碱性反应体系已被造纸工业用于制备未漂浆；以木素或木质纤维素为原料，NaOH、CuO和水形成的碱性反应体系可将木素转化为香草醛和丁香醛等芳香醛；经逆羟醛反应，碱性反应体系还可催化碳水化合物制乙醇醛、甘油醛、二羟基丙酮以及乳酸等活性小分子化合物。由此，碱性反应体系被认为是生物质化工产业中有效转化木质纤维素原料为功能化学品的最重要反应体系之一。然而，尽管碱性反应体系对木质纤维素具有较高的转化效率，因缺乏有效的碱回收或碱液处理方法，生物质化工产业所制备反应产物的经济性远低于同类以石油资源为原料生产的产品，严重阻碍可再生生物基化学品产业化发展。

在生物质化工产业中，为回收催化转化产物，大量研究直接采用盐酸或硫酸等无机强酸对碱性反应液进行酸化处理，然后利用产物（如芳香性、有机酸及多元醇等）与中和产生盐在不同溶剂中溶解度的差异进行分离。尽管此方法可简单、快速酸化碱性反应液中木素或碳水化合物的催化分解产物，但无机酸中和碱产生大量无机盐，其与残余水溶性有机物形成复杂且难以处理的高盐（如NaCl或Na₂SO₄等）有机废水，分离废水中无机盐所需成本远高于无机盐本身的价值。因此，尽管碱性反应体系对木质纤维素的转化具有较好的促进作用，但是碱液的处理最终限制了这些方法的工业化发展。

随着人类社会环境保护及资源高效利用意识的不断增强，在有效分离木质纤维素催化转化产物（包括芳香醛、多元醇、有机酸或其它降解产物）的前提下，开发一种有效回收碱的方法将是促进生物炼制产业经济性和工业化发展的重要基础。为此，基于采用二氧化硫酸化木质纤维素碱性体系催化转化的产物、以及将酸化产生的碱金属和铵亚硫酸盐或亚硫酸氢盐转化成易分解的亚硫酸钙，本发明开发一种简单且高效的回收碱的方法，通过多步反应分解碱金属和铵的亚硫酸盐产生可循环利用的二氧化硫和碱金属氢氧化物或氨水，避免产生难处理的高盐有机废水，提升生物质化工产业的经济性。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种从木质纤维素碱性反应液中回收碱的方法。该方法所产生的碱可用于生物质化工行业的反应，煅烧亚硫酸钙所产生的二氧化硫和氧化钙可循环利用，避免产生难处理的高盐有机废水，促进生物质化工产业的发展。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种从木质纤维素碱性反应液中回收碱的方法，包括以下步骤：

（1）木质纤维素碱性反应液的酸化

蒸发浓缩木质纤维素碱性反应液，向浓缩物中通入二氧化硫，经分离反应产物后，获得含亚硫酸盐及亚硫酸氢盐的溶液，或将分离后所得溶液继续蒸干，进一步获得含亚硫酸盐及亚硫酸氢盐的固体粉末；

（2）可溶性碱的制备

将步骤（1）中所获得亚硫酸盐及亚硫酸氢盐溶液或者含亚硫酸盐及亚硫酸氢盐的固体粉末与一定量氢氧化钙乳液或氧化钙固体粉末混合于容器中，经密封搅拌反应，然后进行固液分离，经过滤洗涤分离得到亚硫酸钙固体以及含可溶性碱和未反应完的亚硫酸盐的溶液；