順序式模擬移動床分離玉米秸稈酸解液中糖酸的方法
【專利說明】
[0001]—、
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及的是玉米秸桿酸解液中硫酸和糖液的分離技術(shù)，具體涉及順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中糖酸的方法。
[0002]二、
【背景技術(shù)】
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，各類農(nóng)作物纖維資源十分豐富，僅秸桿一項每年就達(dá)7億噸以上，其中玉米秸桿約2.2億噸。但目前除一小部分用作反芻動物的飼料外，其余部分多以燃料燒掉，造成大氣嚴(yán)重污染。玉米秸桿中含有大量的纖維素和半纖維素，可通過多種途徑轉(zhuǎn)化成糖，作為發(fā)酵工業(yè)低成本原料的來源。
[0003]玉米秸桿制糖以硫酸水解法和酶降解法為主，其中，因酶類成本高，生產(chǎn)效率低，所以酶降解法未大規(guī)模用于玉米秸桿的水解應(yīng)用。硫酸水解玉米秸桿在工藝流程、生產(chǎn)成本和總糖收率上都具有明顯優(yōu)勢，可大規(guī)模應(yīng)用于玉米秸桿的預(yù)處理。但該方法中硫酸的去除一直是困擾企業(yè)生存和發(fā)展的難題，利用離子交換樹脂法對玉米秸桿水解液中的硫酸進行吸附，存在成本高、效率低的問題，同時再生離子交換樹脂的沖洗液排放會造成大量的污染。因此，有效的將玉米秸桿酸解液中的硫酸進行回收，并控制其回收成本，同時將玉米秸桿酸解液進行高附加值的利用是玉米秸桿再利用中的主要研究內(nèi)容。
[0004]中國專利201210005679.4公開一種木質(zhì)纖維素水解物的糖、酸、鹽分離方法，文中提及利用模擬移動床對水解液進行糖酸分離，分離時無機酸、鹽為快組分，糖、醋酸為慢組分，并沒有將醋酸與糖完全分開，且沒有列出具體的模擬移動床分離工藝及條件。
[0005]李潯等報道了模擬移動床離子排斥色譜分離水解液中的糖酸的研究[太陽能學(xué)報，2005,29(6): 747-751 ]，其主要內(nèi)容為利用8柱4區(qū)連續(xù)模擬移動床對生物質(zhì)水解液進行糖酸分離，原料中硫酸的濃度是12%?15%，提取液中糖濃度為1.5%?2.0%，采用的模擬移動床分離工藝為傳統(tǒng)4區(qū)模式，該模式是連續(xù)進料、連續(xù)洗脫，作用于物質(zhì)分離的時間較短，存在生產(chǎn)效率低，溶液回收成本高等問題。由于這種限制，原料中干物質(zhì)量很難提高，若提高會導(dǎo)致分離后產(chǎn)品純度和收率下降。
[0006]三、

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明目的是提供了順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中糖酸的方法，這種順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中糖酸的方法適用于解決傳統(tǒng)模擬移動床分離工藝進行糖酸分離存在的溶液回收成本高、生產(chǎn)效率低的問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:這種順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中糖酸的方法，以玉米秸桿酸解液為原料，采用順序式模擬移動床分離設(shè)備分離硫酸和糖液，玉米秸桿酸解液中硫酸含量500mg/ml?700mg/ml、糖液含量60mg/ml?80mg/ml;具體如下:
a、順序式模擬移動床分離:將所述玉米秸桿酸解液通過順序式模擬移動床色譜設(shè)備進行分離，分離過程一個周期包括8步，每個步驟包括三個階段，第一階段為分離階段，8根色譜柱串聯(lián)連接，由安裝在第3柱下的循環(huán)栗將柱中液體抽出注入第4根柱，第4根柱中液體注入第5根柱中，依次往復(fù)進行循環(huán)操作;第二階段為解吸階段，在第I根柱上部進入解吸劑，第6根柱下放出硫酸溶液;第三階段為進料解吸階段，在第I根柱上部進入解吸劑，第5根色譜柱上部進入所述玉米秸桿酸解液，第I根柱下放出糖溶液，第6根色譜柱下放出硫酸溶液。這三個階段完成后，解吸階段和進料解吸階段的進料口和出料口都依次向后移動一個色譜柱，再重復(fù)進行每個步驟的三個階段，8步完成即8根色譜柱輪換一周即一個周期結(jié)束，接下來進入下一個周期，方法與第一個周期相同，依次循環(huán)，直到分離過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)。分離得到的硫酸溶液濃度為210mg/mL?320mg/mL、純度為93%?98%，糖溶液濃度為20mg/mL?41mg/mL、純度 93% ?96%;
b、硫酸溶液濃縮回收:將經(jīng)a步驟得到的硫酸溶液進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)處理，溫度50°C?650C，得到濃縮液，濃縮液濃度為500mg/mL?550mg/mL ；
c、糖溶液過濾:將a步驟制得糖溶液用微米級濾器進行過濾，制得澄清的黃色液體；
d、糖溶液濃縮:將c步驟制得糖溶液進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)處理，溫度為60?65°C，制得澄清的黃色液體。
[0008]上述方案中玉米秸桿酸解液的制備方法:
第一步、玉米秸桿酸解液的制備:將玉米秸桿烘干、粉碎過40目篩，稱取一定質(zhì)量玉米秸桿，按照料液比1:50的比例添加體積濃度3%的硫酸溶液，置于微波萃取儀中，調(diào)整微波功率700W，溫度80 0C，反應(yīng)153min，得到玉米秸桿酸解液；
第二步、用濾紙將第一步制得的玉米秸桿酸解液過濾，得到澄清深棕色液體，并利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將其濃縮至溶液中硫酸含量500mg/ml?700mg/ml、糖液含量60mg/ml?80mg/ml。
[0009]上述方案中步驟b得到的硫酸濃縮液稀釋得到體積濃度3%的硫酸溶液，重復(fù)用于玉米秸桿酸解液制備的第一步中。
[0010]上述方案中順序式模擬移動床的分離中，吸附劑為陽離子交換樹脂UBK08、IR120H+、IRl 18H+、IR120Na+或AMBERJET ClH+中的任何一種;解吸劑為去離子水，分離溫度為50°C?55°C，第一階段循環(huán)量為410?550mL;第二階段，解吸劑流量為23?45mL/min，解吸時間為110?160s;第三階段，解吸劑流量為30?45mL/min，進料量為35?50mL/min，進料和解吸時間為120?180s。
[0011]有益效果:
1、本發(fā)明的核心技術(shù)為順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中硫酸和糖液技術(shù)，以較高分離度將硫酸與糖液分離，所用原料硫酸濃度達(dá)到50%?80%，糖液濃度為6%?8%，較李潯等所用生物質(zhì)原料中的硫酸濃度高出3?5倍，工藝的處理量明顯增大;李潯等按照其報道的工藝[太陽能學(xué)報，2005，29(6): 747-751]得到分離后的硫酸濃度最高為7%，糖液濃度最高為2%，硫酸和糖液純度及收率達(dá)到93%。本發(fā)明工藝作用于物質(zhì)分離的時間較長，分離后的硫酸濃度最高為31.8%、純度可達(dá)97.8%，收率可達(dá)98%，糖溶液濃度最高為4.05%、純度可達(dá)95%，收率可達(dá)97%;因此，本工藝在后續(xù)濃縮處理中會節(jié)省大量能源，且硫酸和糖液的收率及純度較高，解決了玉米秸桿再利用中硫酸的回收難題，具有工序步驟簡便，工藝成本節(jié)約等鮮明的特色。
[0012]2、本發(fā)明采用順序式模擬移動床對玉米秸桿酸解液中硫酸和糖液進行分離，得到硫酸溶液的收率為93%?98%，糖溶液收率為94%?97%。分離效果好，收率高，易于工業(yè)化生產(chǎn)放大。
[0013]四、【具體實施方式】下面對本發(fā)明做進一步的說明:
實施例1:
這種順序式模擬移動床分離玉米秸桿酸解液中糖酸的方法如下:
a、玉米秸桿酸解液的制備:將玉米秸桿烘干、粉碎過40目篩，稱取2g玉米秸桿粉，加入體積濃度3 %的硫酸溶液1 O m L，置于微波萃取儀中，調(diào)整微波功率7 O O W，溫度8 O °C，反應(yīng)153min，得到玉米稻桿酸解液。
[0014]b、用濾紙將a步驟制得的玉米秸桿酸解液過濾，得到澄清深棕色液體，并利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將其濃縮至溶液中硫酸濃度519.411^/1^、糖液濃度61.49mg/mL0
[0015]c、順序式模擬移動床分離:處理后的玉米秸桿酸解液通過順序式模擬移動床色譜設(shè)備進行分離，吸附劑為陽離子交換樹脂UBK08;解吸劑為去離子水，分離溫度為50