一種利用秸稈提取高純度半纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種利用秸桿提取高純度半纖維素的方法，屬于半纖維材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)，秸桿一直作為造紙的原料，人們對(duì)纖維素和木質(zhì)素進(jìn)行大量研究，而忽視了其中28?33%半纖維素的研究，造成這種疏忽的原因是因?yàn)閭鹘y(tǒng)堿法制漿中，半纖維素被降解和氧化為甲酸、乙醇酸、乳酸等無(wú)法利用。另外，傳統(tǒng)分離方法是先將原料用次氯酸鈉在酸性溶液中處理以除去木質(zhì)素，然后再用氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液提取，雖然提取產(chǎn)量高，但該工藝方法造成對(duì)環(huán)境的污染。
[0003]據(jù)報(bào)道，半纖維素在針葉材中的含量有15?20%，在闊葉材或禾本科植物中更高達(dá)25?40%，是一種廣泛存在于自然界的天然可再生高分子材料。半纖維素的利用一直是科學(xué)家們關(guān)心的問(wèn)題，但是直到目前為止，人們一直沒(méi)有探索出工業(yè)化利用半纖維素的比較完善的途徑。
[0004]在植物纖維原料中，半纖維素通過(guò)支鏈的糖醛酸取代基與木素間有化學(xué)鍵接，纖維素與半纖維素之間雖然沒(méi)有化學(xué)連接，但它們之間的結(jié)合比較緊密，所以半纖維素的分離受到了這些物理或化學(xué)共價(jià)鍵的相互作用，很難被完整地分離出來(lái)，只能在一定程度上被抽提。傳統(tǒng)的半纖維素分離手段一般是用各種溶劑抽提，利用不同濃度的堿溶液與助劑的共同作用，或者是利用某幾種有機(jī)溶劑的單獨(dú)作用，將不同的聚糖抽提分離出來(lái)。在傳統(tǒng)的分離過(guò)程中，半纖維素結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)發(fā)生改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前傳統(tǒng)分離方法將原料用次氯酸鈉在酸性溶液中處理以除去木質(zhì)素，再用堿溶液提取，該工藝方法造成對(duì)環(huán)境的污染，而且在分離過(guò)程中，半纖維素結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)發(fā)生改變的問(wèn)題，提供了一種利用秸桿提取高純度半纖維素的方法，本發(fā)明將秸桿灰用水不斷沖洗得黃色溶液，即得半纖維素溶液，向固體中加纖維素酶，控制水解時(shí)間使纖維素部分水解并保持半纖維素的結(jié)構(gòu)不被破壞，之后與半纖維溶液混合加入絮凝劑得到沉淀，洗滌后得半纖維素，本發(fā)明得到的半纖維素的結(jié)構(gòu)完整，純度高，具有很廣的應(yīng)用前景，而且提取工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)選取1?3kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1?3次，之后放入太陽(yáng)下暴曬2?3天，將曬干后的秸桿進(jìn)行充分燃燒，得秸桿灰；
(2)取200?300g上述得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復(fù)此步驟不斷進(jìn)行沖洗4?6h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5?6次，將黃色液體收集，向液體中加入總質(zhì)量40?50%的活性炭，靜置20?30min后過(guò)濾，向?yàn)V液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為4?6，在室溫下攪拌15?20min后留取備用； (3)取50?70g上述沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進(jìn)行浸沒(méi)，并向水中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8.5?9.5，攪拌20?30min后浸泡1?2h，之后將混合液放入超聲分散儀中在200?300W功率下進(jìn)行超聲分散8?lOmin，分散后再加入離心分離機(jī)在2000?3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心分離10?12min，分離結(jié)束后去除上清液，得沉淀物；
(4)向沉淀物中加入總質(zhì)量2?3%的纖維素酶，并進(jìn)行攪拌混合均勻，酶解20?30min，對(duì)纖維素進(jìn)行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1:1加入蒸餾水進(jìn)行攪拌混合，并用布氏漏斗進(jìn)行抽濾，取濾渣再按固液比1:3加入步驟(2)的黃色液體進(jìn)行浸泡，浸泡30?40min后加熱至煮沸，沸騰至原來(lái)體積的25?30%后停止加熱，并冷卻至室溫;
(6)將上述冷卻后溶液用2層紗布進(jìn)行過(guò)濾，去除紗布中的濾渣，得漿液，之后向漿液中撒入總質(zhì)量0.5?0.8%的石膏粉末，攪拌5?8min后進(jìn)行絮凝反應(yīng)1?2h，分層后去除上層懸濁液，得沉淀物，將沉淀物中按固液比1:2加入去離子水進(jìn)行攪拌10?15min，之后在3000?5000r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行離心10?15min，取沉淀物放入45?48°C的恒溫干燥箱中干燥，即可得高純度半纖維素固體。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:本發(fā)明制得半纖維素可用于化學(xué)、食品、造紙、制藥及涂料工業(yè)生產(chǎn)中，例如在造紙時(shí)的漿液中加入總質(zhì)量1?3%本發(fā)明制得的半纖維素，不僅降低打漿能耗，縮短打漿時(shí)間，同時(shí)能夠得到理想的紙漿物理強(qiáng)度。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明得到的半纖維素的結(jié)構(gòu)完整，純度高，具有很廣的應(yīng)用前景；
(2)本發(fā)明提取工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先選取1?3kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1?3次，之后放入太陽(yáng)下暴曬2?3天，將曬干后的秸桿進(jìn)行充分燃燒，得秸桿灰；取200?300g得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復(fù)此步驟不斷進(jìn)行沖洗4?6h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5?6次，將黃色液體收集，向液體中加入總質(zhì)量40?50%的活性炭，靜置20?30min后過(guò)濾，向?yàn)V液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為4?6，在室溫下攪拌15?20min后留取備用；取50?70g沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進(jìn)行浸沒(méi)，并向水中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8.5?9.5，攪拌20?30min后浸泡1?2h，之后將混合液放入超聲分散儀中在200?300W功率下進(jìn)行超聲分散8?lOmin，分散后再加入離心分離機(jī)在2000?3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心分離10?12min，分離結(jié)束后去除上清液，得沉淀物；向沉淀物中加入總質(zhì)量2?3%的纖維素酶，并進(jìn)行攪拌混合均勻，酶解20?30min，對(duì)纖維素進(jìn)行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1: 1加入蒸餾水進(jìn)行攪拌混合，并用布氏漏斗進(jìn)行抽濾，取濾渣再按固液比1:3加入黃色液體進(jìn)行浸泡，浸泡30?40min后加熱至煮沸，沸騰至原來(lái)體積的25?30%后停止加熱，并冷卻至室溫；將冷卻后溶液用2層紗布進(jìn)行過(guò)濾，去除紗布中的濾渣，得漿液，之后向漿液中撒入總質(zhì)量0.5?0.8%的石膏粉末，攪拌5?8min后進(jìn)行絮凝反應(yīng)1?2h，分層后去除上層懸濁液，得沉淀物，將沉淀物中按固液比1:2加入去離子水進(jìn)行攪拌10?15min，之后在3000?5000r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行離心10?15min，取沉淀物放入45?48°C的恒溫干燥箱中干燥，即可得高純度半纖維素固體。
[0010]實(shí)例1
首先選取1kg的稻草秸桿，先將秸桿表面用水沖洗1次，之后放入太陽(yáng)下暴曬2天，將曬干后的秸桿進(jìn)行充分燃燒，得秸桿灰；取200g得到的秸桿灰，均勻撒在簸箕表面上，并在簸箕下放裝有水的水缸，用水缸中的水沖洗簸箕上的秸桿灰，沖洗后的水自然流入水缸中，重復(fù)此步驟不斷進(jìn)行沖洗4h，直至沖洗后的水變成淡黃色液體，之后用清水沖洗5次，將黃色液體收集，向液體中加入總質(zhì)量40%的活性炭，靜置20min后過(guò)濾，向?yàn)V液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為4，在室溫下攪拌15min后留取備用；取50g沖洗后的秸桿灰，按固液比1:4加蒸餾水進(jìn)行浸沒(méi)，并向水中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8.5，攪拌20min后浸泡lh，之后將混合液放入超聲分散儀中在200W功率下進(jìn)行超聲分散8min，分散后再加入離心分離機(jī)在2000r/min的轉(zhuǎn)速下離心分離lOmin，分離結(jié)束后去除上清液，得沉淀物；向沉淀物中加入總質(zhì)量2%的纖維素酶，并進(jìn)行攪拌混合均勻，酶解20min，對(duì)纖維素進(jìn)行部分水解并且抑制半纖維素的分解，之后按固液比1:1加入蒸餾水進(jìn)行攪拌混合，并用布氏漏斗進(jìn)行抽濾