一种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法技术

本发明专利技术涉及一种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法，包括；甘蔗渣充分干燥，机械粉碎，用索式抽提脱蔗蜡，再通过热水浴脱除半纤维素，将脱半纤维素的蔗渣与离子液混合，超声作用3~5min，使蔗渣中的木质素在离子液中溶解，加碱稀释后，通过过滤分离出脱木质素的蔗渣纤维素；溶解的木质素调节pH值2~3沉淀析出，通过离心分离木质素；通过中和、有机溶剂萃取和真空浓缩的方法回收离子液。得到的蔗渣纤维素的酶降解能力与未分离的蔗渣相比大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分离甘蔗渣成为纤维素和木质素的方法，得到的蔗渣纤维素的酶降解能力与未分离的蔗渣相比大大提高。
技术介绍
越来越多的国家特别是发达国家已经把农林废弃物等可再生资源的转化利用列入社会经济可持续发展的重要战略，农林废弃生物质的有效利用，已经成为当今人类可持续发展的重点之一。在我国，甘蔗渣是一种重要的农业废弃资源，我国海南、广东、广西、福建、云南等多个省份种植甘蔗，每个糖厂都库存大量甘蔗渣，按每产1吨糖就产生2吨甘蔗渣计算，我国在2005年就产生17686万吨蔗渣。相对于其它农林废弃资源而言，蔗渣具有资源集中、易于收集的优势。但是，限于技术的原因，目前蔗渣的利用还仅限于作糖厂锅炉燃料，或极少部分做饲料填充剂。总体而言，蔗渣的利用率不高、且附加值低。从当前生物质综合利用的发展趋势看，生物质主要成分的高效分离和对各组分的分别利用将是有效提高其附加值的关键。蔗渣主要由纤维素(40-45%)、半纤维素(28-30%) 和木质素(19-21%)组成。纤维素是甘蔗渣的主要成分，可通过纤维素酶水解形成单糖，替代以石油为基础的化工原料，从而实现纤维素可再生资源转化获得新材料、高热值能源、化工原料及药物等高附加值产品。蔗渣以纤维素的结晶微纤丝为骨架，木质素和半纤维素形成牢固结合层，包围着纤维素，阻碍酶与纤维素的接触，造成蔗渣酶水解的困难，因此，保持蔗渣的酶水解有效地进行，应当破坏木质素和半纤维素的结合层，将纤维素与木质素、半纤维素分离。目前，以提高农林废弃纤维资源利用为目的的研究多采用预处理的方法破坏木质素与纤维素的结合，这些方法包括热水蒸煮、蒸汽爆破、酸碱处理和微生物预降解等，能耗高、环境污染和效率低是这些方法的弊端。这些预处理方法未考虑将纤维素与其它组分分离，而木质素本身是纤维素酶的抑制剂，各种预处理即使能够破坏木质素与纤维素的结合， 但不能有效排除木质素抑制剂的影响，可见，蔗渣纤维的高效、高附加值的利用从根本上有赖于新技术的发展，特别是有效的分离技术。专利文献“一种分级分离甘蔗渣成为高纤维素纸浆、木聚糖和木素的方法”公开了一种通过分级热处理获得蔗渣纤维素的方法，该方法热能消耗大，且高温对设备要求严格。最近，有研究发现，离子液对木质素有较好的溶解能力。离子液是一种性能优越新型溶剂，具有零挥发、绿色、安全无毒的特点。本专利技术提出以离子液为介质，从蔗渣中分离木质素、纯化蔗渣纤维素的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高效分离和水解蔗渣纤维素的绿色新方法。以甘蔗渣为原料，经过粉碎、干燥、脱蜡，水煮脱半纤维素，再用绿色溶剂离子液脱木质素，得到较高纯度、且失去结晶结构的蔗渣纤维素。分离得到的蔗渣纤维素的酶水解效率与未处理的蔗渣相比大大提高，从而解决了蔗渣纤维的酶水解困难的问题。本专利技术目的通过以下技术方案来实现。—种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法，包括如下步骤(1)蔗渣经过破碎，干燥，脱蜡，脱除半纤维素后，过滤，干燥滤渣，得到脱半纤维素的蔗渣；(2)离子液在60 80°C, 20^24 mbar下真空干燥24 48 h ；(3)在离子液中加入脱半纤维素的蔗渣，混合均勻，施加超声3、min后，加入碱溶液， 离心，收集上清液，洗涤残留物并干燥后，得到蔗渣纤维素；(4)调节上清液的pH值为2 3，在4 6°C放置12 24h，得到的悬浮液，离心，得到的沉淀物干燥后，得到木质素；所述离子液为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯化物，优选1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐。离子液为无水离子液。用量优选按每1 g脱半纤维素蔗渣加1(Γ20 g离子液。步骤(3)所述加入碱溶液是稀释作用。在离子液中加入脱半纤维素的蔗渣，施加超声，使得木质素在离子液中溶解。洗涤未溶解的残留物并干燥后，得到蔗渣纤维素步骤(1)中，所述蔗渣是甘蔗榨汁后的剩余固体残渣，或者去蔗髓后的甘蔗渣，优选取去蔗髓后的蔗渣。所述破碎为机械粉碎至蔗渣依次过2. 0 mm和0. 5 mm的筛。步骤(1)所述干燥为鼓风干燥或晒干，干燥至水分含量5%以下。步骤(1)所述脱蜡是将干燥后的蔗渣粉，置于索氏提取器中，用体积比为2:1的甲苯-乙醇作溶剂，50 60° C下抽提4 6 h，然后取出甘蔗渣，50 60° C下鼓风干燥12 16 h。步骤(2)所述脱除半纤维素是在步骤(1)得到的蔗渣中加入去离子水，在 60^80° C水浴中放置2、h，过滤，取滤渣，6(T70° C干燥，得到脱半纤维素的蔗渣。脱半纤维素也可采用蒸汽爆破的方法。所述施加超声是将超声探头插入液面下，浸入深度为液面深度的1/2 3/4。所述超声的功率为15 30W，所述超声的工作方式为间歇工作，工作1 min，停1 min。步骤(4)所述离心的转速为11600'g，离心时间为20 30 min。步骤(5)所述离心的转速为8030'g，离心时间为5 min。步骤(5)所述的离心得到的上清液首先用盐酸调节pH至7.0，然后在70° C下真空旋转蒸发;Γ5 h，真空度2 4 mbar，再加入有机萃取溶剂，振荡萃取30 min，静置10 min, 分离下层含离子液的萃取溶剂层，在真空度纩4 mbar, 70° C下真空旋转蒸发纩3 h，除去萃取剂，即得回收的离子液。所述有机萃取溶剂为乙酸乙酯或乙醇-丙酮。当离子液为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐时，有机萃取溶剂优选乙酸乙酯，当离子液为1-丁基-3-甲基咪唑氯化物时，有机萃取溶剂优选乙醇丙酮(1:3，ν/ν)。通过所述方法得到的蔗渣纤维素产率为39-44% (w/w，g/g)，其中木质素重量含量纩12%，表明蔗渣中大部分木质素脱除，经测试，所分离的蔗渣纤维素完全失去结晶结构，纤维素酶解率达到96、9%，说明本专利技术是一种高效分离和水解蔗渣纤维素的绿色新方法，离子液-超声联合处理，可以有效脱去蔗渣中的木质素，破坏蔗渣中纤维素的结晶构造，从而大大提高蔗渣中纤维素的酶降解效率。本专利技术根据文献有关离子液溶解木质素的报道，联合超声强化技术，促进了蔗渣中的木质素短时间内从蔗渣中分离，同时，利用离子液与纤维素中氢键的相互作用，破坏蔗渣纤维素的结晶结构，提高纤维素酶的可及性，大大提高蔗渣纤维素的酶降解效率。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点1.本专利技术的方法与现有技术不同，现有技术采用高温或酸碱预处理的方法提高蔗渣纤维素的酶解效率，本专利技术提出将木质素、半纤维素与纤维素分开的方法，从而排除了木质素对纤维素酶活性的抑制作用；2.本专利技术的方法与现有技术不同，现有技术以离子液1-丁基-3-甲基咪唑氯化物处理蔗渣提高纤维素酶解效率，本专利技术优选另一种能溶解木质素的离子液1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐将蔗渣中木质素与纤维素分离；3.本专利技术的方法与现有技术不同，现有技术可使蔗渣的酶解效率提高2倍左右，采用本专利技术的方法可使蔗渣纤维素的酶解率达到96、9%，比未处理蔗渣提高6倍以上；4.本专利技术的方法与现有技术不同，现有技术采用酸碱处理从蔗渣中分离纤维素，具有工艺复杂、污染环境等不足，本专利技术方法采用环境友好的绿色溶剂离子液为主要介质，离子液回收循环再利用，做到零排放、无污染；5.本专利技术的方法与现有专利不同，现有技术采用蒸汽爆破和多级高温处理的方法分离蔗渣中的纤维素，具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）蔗渣经过破碎，干燥，脱蜡，脱除半纤维素后，过滤，干燥滤渣，得到脱半纤维素的蔗渣；（２）离子液在６０～８０°Ｃ，２０～２４　ｍｂａｒ下真空干燥２４～４８　ｈ；（３）在离子液中加入脱半纤维素的蔗渣，混合均匀，施加超声３～５　ｍｉｎ后，加入碱溶液，离心，收集上清液，洗涤残留物并干燥后，得到蔗渣纤维素；（４）调节上清液的ｐＨ值为２～３，在４～６°Ｃ放置１２～２４ｈ，得到的悬浮液，离心，得到的沉淀物干燥后，得到木质素；所述离子液为１－乙基－３－甲基咪唑醋酸盐或１－丁基－３－甲基咪唑氯化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆梅，郑翠，李琳，魏东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81