技术领域
[0001] 本
发明属于资源化利用领域,具体涉及一种从植物纤维中提取半纤维素的方法。
背景技术
[0002] 半纤维素是全球广泛存在的天然
聚合物,在
能源日益枯竭、
温室效应日益严重的情况下,
生物质的开发利用越来越受到人类的重视,但目前还存在不少难点,半纤维素的综合利用更是如此,半纤维素由于其自身的缺点,如易降解、难分离等,其利用价值往往容易被人们忽视。
[0003] 现有的半纤维素的提取主要是在玉米纤维中,主要的提取方法是
水提取法和醇析法。如200610069003.6,名称为“一种从植物纤维中提取半纤维素的方法”的发明
专利,该发明公开了一种提取半纤维素的方法,其主要步骤如下:将植物纤维、
碱、水混合后放入带有搅拌装置和加热系统的反应釜中,将反应釜
温度升至35℃~85℃,同时在300RPM~2000RPM的转速条件下,搅拌10S~10MIN,以常规方法过滤或离心,得到的滤液或上清液即为半纤维素的提取液;向半纤维素的提取液中加入其2~3倍体积量的80%~95%的
乙醇,使可溶性半纤维素沉淀,常规过滤,收集产物并干燥,得半纤维素。在上述的半纤维素的提取方法中,需要加入大量的乙醇进行沉降,成本较高。
发明内容
[0004] 本发明为了解决乙醇提取半纤维素成本高的问题,提供了一种从植物纤维中提取半纤维素的方法。整个过程基本上都是采用纯物理方法进行半纤维素的提取,得到的半纤维素纯度高,且运行成本低。
[0005] 为实现上述发明目的,本发明采用如下的技术方案:从植物纤维中提取半纤维素的方法,其特征在于:用
质量分数为5%~15%的碱溶液溶解植物纤维,然后经
压榨得到的碱液经常规方法预过滤除去大颗粒杂质,再将碱液通过
泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱50~100g/l,含半纤维素40~60g/l。
[0006] 本发明所述的植物纤维包括木材、竹材、绵短绒等。
[0007] 所述的陶瓷膜截留分子量为1000~5000,以物料碱和半纤维素的分子量来选择,允许分子量在1000以下的物料通过,由于半纤维素分子量在1000以上,基本上被截留下来,不被通过,有效实现了碱液和半纤维素的分离。
[0008] 在陶瓷膜的过滤过程中,随着过滤时间的推移,料液体系的
粘度逐渐升高,越来越粘稠,一般的过滤膜达不到要求,易堵塞,且难清洗,使用寿命短,而陶瓷膜不易堵塞,且易清洗,符合半纤维素的过滤要求。
[0009] 本发明的过滤方式采用错流过滤,避免了在死端过滤过程中产生堵塞现象,料液流经膜的表面,在压
力的作用下液体及小分子物质透过膜,而不溶性物质和大分子物质则被截留,料液因流速而产生的冲刷作用将膜截留的物质从表面剥离并带走,错流过滤的冲刷作用可以降低膜的污染程度,因而可以在较长时间内使膜维持较高的渗透通量。同时,错流过程避免了在死端过滤过程中依靠
滤饼层进行过滤的情况,分离发生在膜表面而不是在滤饼层中,因而滤液质量在整个过程中是均一而稳定的。
[0010] 所述的加酸中和至PH=6~7,半纤维素的析出效果最好。
[0011] 所述陶瓷膜运行的温度为60~80℃,过膜压差不超过2bar。
[0012] 所述碱液的进膜压力为3~6 bar。
[0013] 本发明的半纤维素提取方法,最后得到浓缩液的碱液浓度为3~6g/l,半纤维素浓度的50~60g/l。
[0014] 本发明半纤维素的收率为70~80%。
[0015] 本发明的有益效果在于:1、本发明采用陶瓷膜来提取植物纤维中的半纤维素,为纯物理方法进行半纤维素的提取,与
现有技术通过乙醇来提取半纤维素,得到的半纤维素纯度更高,且运行成本低;同时,过滤后的滤出液中半纤含量很低,碱浓基本不变,可重复循环使用,不会产生环保压力。
[0016] 2、本发明在进行陶瓷
膜过滤前,对碱液先进行预过滤,控制碱含量为50~100g/l,半纤维素为40~60g/l,有助于提高陶瓷膜的过率效率,提高半纤维素的收率。
[0017] 3、本发明选择陶瓷膜来过滤半纤维素,是考虑了陶瓷膜的过滤效率,以及陶瓷膜不易堵塞,易清洗的特性,完全符合半纤维素的过滤要求,半纤维素的收率高,且易于工艺过程流畅,易于维护。
[0018] 4、本发明选择陶瓷膜截留分子量为1000~5000,是以物料碱和半纤维素的分子量来选择,允许分子量在1000以下的物料通过,由于半纤维素分子量在1000以上,基本上被截留下来,不被通过,是有效实现碱液和半纤维素分离的保障。
具体实施方式
[0019] 下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。
[0020]
实施例1从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为5%的碱溶液溶解植物纤维,然后经压榨得到的碱液经常规预过滤方法除去大颗粒杂质,再将碱液通过泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱50g/l,含半纤维素40g/l。
[0021] 得到浓缩液的碱液浓度为3g/l,半纤维素浓度的50g/l。
[0022] 半纤维素的收率为70%。
[0023] 实施例2从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为15%的碱溶液溶解植物纤维,然后经压榨得到的碱液经常规预过滤方法除去大颗粒杂质,再将碱液通过泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱100g/l,含半纤维素60g/l。
[0024] 所述的陶瓷膜截留分子量为1000。
[0025] 得到浓缩液的碱液浓度为6g/l,半纤维素浓度的60g/l。
[0026] 半纤维素的收率为80%。
[0027] 本发明所述的常规预过滤方法是指常规的膜过滤、板框过滤、微孔过滤等。
[0028] 实施例3从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为10%的碱溶液溶解植物纤维,然后经压榨得到的碱液经常规预过滤方法除去大颗粒杂质,再将碱液通过泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱60g/l,含半纤维素50g/l。
[0029] 所述陶瓷膜的过滤面积为200M2,回流量在40M3/h。
[0030] 所述的陶瓷膜截留分子量为1000~5000。
[0031] 所述的加酸中和至PH=6。
[0032] 得到浓缩液的碱液浓度为4g/l,半纤维素浓度的58g/l。
[0033] 半纤维素的收率为72%。
[0034] 本发明所述的常规预过滤方法是指膜过滤。
[0035] 实施例4从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为12%的碱溶液溶解植物纤维,然后经压榨得到的碱液经常规预过滤方法除去大颗粒杂质,再将碱液通过泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱70g/l,含半纤维素45g/l。
[0036] 所述陶瓷膜的过滤面积为240M2,回流量在70M3/h。
[0037] 所述的陶瓷膜截留分子量为2000。
[0038] 所述的加酸中和至PH=7。
[0039] 所述陶瓷膜运行的温度为60℃,过膜压差为2bar。
[0040] 得到浓缩液的碱液浓度为5g/l,半纤维素浓度的55g/l。
[0041] 半纤维素的收率为78%。
[0042] 本发明所述的常规预过滤方法是指板框过滤。
[0043] 实施例5从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为8%的碱溶液溶解植物纤维,然后经压榨得到的碱液经常规预过滤方法除去大颗粒杂质,再将碱液通过泵进入陶瓷膜装置进行错流过滤,将得到的浓缩液加酸中和,收集析出的半纤维素并烘干,得半纤维素;所述经预过滤后的碱液含碱80g/l,含半纤维素55g/l。
[0044] 所述陶瓷膜的过滤面积为240M2,回流量在50M3/h。
[0045] 所述的陶瓷膜截留分子量为3000。
[0046] 所述的加酸中和至PH=6。
[0047] 所述陶瓷膜运行的温度为80℃,过膜压差为1bar。
[0048] 所述碱液的进膜压力为6 bar。
[0049] 得到浓缩液的碱液浓度为5.5g/l,半纤维素浓度的54g/l。
[0050] 半纤维素的收率为76%。
[0051] 本发明所述的常规预过滤方法是指微孔过滤。
[0052] 实施例6从植物纤维中提取半纤维素的方法,用质量分数为9%的碱溶液溶解植物纤维,然后经