專利名稱：一種麥草微晶纖維素和生物質乙醇低污染聯產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于天然高分子技術領域，具體涉及一種麥草微晶纖維素和生物質乙醇低污染聯產工藝。
背景技術：
木質纖維素類生物質資源化和能源化利用目前存在的主要技術瓶頸之一是纖維素中存在致密的晶體結構，嚴重阻礙了化學試劑或生物酶對纖維素的可及度。二是纖維素酶降解纖維素效率低，成本高，完全產業化目前還難以實現。因此，纖維素全結構轉化為生物質燃料的技術目前還難以取得很大突破。另外，國內外生產微晶纖維素是以木材和棉花為原料，其生產工藝具有很大缺點 一是棉花和木材等資源相對緊缺，且成本高，限制了微晶纖維素的生產規模；而且，目前的生產工藝中纖維素無定形區降解后被作為廢棄物而排放，既污染了環境，又浪費了資源。
發明內容
本發明的目的在于提供一種以農業生產廢棄物——麥草為原料，且制備工藝環保，資源利用率高的麥草微晶纖維素和生物質乙醇低污染聯產工藝。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為2% 24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4 I :28，在4(Tl20°C下水解3(Tl50min，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為5°/Γ40%，并加入不溶物質量2°/Γ 8%的NaOH在2(Tl00°C處理2(T90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素產品；3)將高結晶度的纖維素產品用35 125°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為1°/Γ28%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. Γ0. 5MPa，10(Tl65°C條件下進行滅菌處理30min ； 6)在混合廢液中加入混合廢液體積3% 24%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為15 60°C，發酵時間為12 108h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。本發明針對纖維素結晶區和無定形區的結構特點和性能區別，采取不同處理、分別利用的思路，通過酸水解和堿處理技術分離結晶區用于制備MCC，無定形區水解為葡萄糖后分別溶于酸水解和堿處理廢液中，利用兩種廢液相互中和并采用生物發酵的方法轉化其中的葡萄糖為乙醇，化解了這兩個技術難題。將較純凈的麥草乙醇法纖維素采用酸水解技術降解其無定形區為葡萄糖，保留結晶區，并經堿處理除去灰分(麥草原料灰分較大)；最后通過干燥、粉碎工藝制備出微晶纖維素產品。酸水解及堿處理過程中，絕大多數纖維素無定形區和少量結晶區降解為葡萄糖溶解在酸水解和堿處理廢液中。利用兩種廢液相互中和，并采用生物發酵的方法轉化其中的葡萄糖為生物質乙醇，既減少了廢液對環境的污染，又可大大提高纖維素資源的利用率，實現麥草微晶纖維素和生物質乙醇的低污染聯產。
具體實施例方式實施例I :I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為10%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :12，在40°C下水解150min，分 離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為30%，并加入不溶物質量15%的NaOH在20°C處理90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結晶度的纖維素產品用100°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為1%的鹽酸溶液調節該混合廢液的PH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. IMPa, 165°C條件下進行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積24%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為15°C，發酵時間為108h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。實施例2 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為2%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :28，在80°C下水解90min，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為10%，并加入不溶物質量12%的NaOH在100°C處理20min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結晶度的纖維素產品用35°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為15%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 3MPa，130°C條件下進行滅菌處理30min ；
6)在混合廢液中加入混合廢液體積20%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為20°C，發酵時間為90h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。實施例3:I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4，在60°C下水解120min，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為40%，并加入不溶物質量18%的NaOH 在50°C處理50min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結晶度的纖維素產品用50°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為20%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 5MPa，100°C條件下進行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積15%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為30°C，發酵時間為70h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。實施例4 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為6%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :24，在100°C下水解60min，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為20%，并加入不溶物質量2%的NaOH在80°C處理30min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結晶度的纖維素產品用80°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為28%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 2MPa，150°C條件下進行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積10%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為40°C，發酵時間為50h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。實施例5
I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為15%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :20，在120°C下水解50min，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為5%，并加入不溶物質量6%的NaOH在60°C處理60min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素產品;3)將高結晶度的纖維素產品用110°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為5%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；
5)將該混合廢液在O. 4MPa，120°C條件下進行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積6%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為50°C，發酵時間為30h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。實施例6 I)首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品(見專利200910023763. 7)加入質量濃度為20%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :8，在90°C下水解lOOmin，分離產物為不溶物和酸性溶液；2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為25%，并加入不溶物質量10%的NaOH在40°C處理70min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素
女口
廣叩；3)將高結晶度的纖維素產品用125°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔；4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為10%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ；5)將該混合廢液在O. 3MPa，110°C條件下進行滅菌處理30min ；6)在混合廢液中加入混合廢液體積3%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為60°C，發酵時間為12h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇；7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。本發明通過分離麥草纖維素的結晶區用于制備結晶度要求高的纖維素功能化產品——微晶纖維素，絕大部分纖維素無定形區和少量結晶區在酸水解和堿處理過程中水解糖化后存在于酸水解和堿處理廢液中，將兩種廢液相互中和并用于發酵生物質乙醇，既防止了廢液對環境的污染，更變廢為寶，利用了其中的葡萄糖資源，實現了纖維素的資源化和能源化綜合利用，為農秸桿全組分、全結構、多產品聯產高效利用技術理論提供新的思路。最后，以麥草為原料生產微晶纖維素和生物質乙醇，既緩解了木材、棉花等微晶纖維素生產原料的緊缺問題，又充分利用了農業廢棄物小麥秸桿資源，具有較高的預期經濟效益和社 會效益。
權利要求
1.一種麥草微晶纖維素和生物質乙醇低污染聯產工藝，其特征在于 O首先，把純凈的麥草乙醇法纖維素產品加入質量濃度為2°/Γ24%的鹽酸溶液中攪拌均勻，纖維素與鹽酸的固液比為I :4 1 :28，在4(Tl20°C下水解3(Tl50min，分離產物為不溶物和酸性溶液； 2)將不溶物分散在水中使不溶物質量濃度為5°/Γ40%，并加入不溶物質量29Γ18%的NaOH在2(Tl00°C處理2(T90min，之后過濾得到不溶物和堿性溶液，洗滌不溶物得到高結晶度的纖維素產品； 3)將高結晶度的纖維素產品用35 125°C的熱風干燥，然后把干燥產品進行粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素產品，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔； 4)將步驟I)中的酸性溶液與步驟2)中的堿性溶液混合得混合廢液，然后再用質量濃度為1°/Γ28%的鹽酸溶液調節該混合廢液的pH值為5. O ;5)將該混合廢液在O.Γ0. 5MPa，10(Tl65°C條件下進行滅菌處理30min ； 6)在混合廢液中加入混合廢液體積3% 24%活化后的釀酒酵母進行發酵，發酵溫度為15 60°C，發酵時間為12 108h，即可轉化廢液中的葡萄糖為乙醇； 7)將發酵液進行常壓蒸餾，收集77 79°C溫度范圍內的餾分，即可得到體積濃度為93% 95%的生物質乙醇。
全文摘要
一種麥草微晶纖維素和生物質乙醇低污染聯產工藝，采用酸水解工藝分離麥草纖維素的結晶區，并經堿處理工藝除去灰分(麥草原料灰分較大)用于制備結晶度要求高的纖維素功能化產品——微晶纖維素，絕大部分纖維素無定形區和少量結晶區在此過程中水解為葡萄糖后存在于酸水解和堿處理廢液中；將兩種廢液相互中和，并采用生物發酵的方法轉化葡萄糖為生物質乙醇，既防止了廢液對環境的污染，更變廢為寶，利用了其中的葡萄糖資源，實現了纖維素的高效利用。此外，以麥草為原料生產微晶纖維素和生物質乙醇，也緩解了木材、棉花等微晶纖維素生產原料的緊缺問題，并充分利用了農業廢棄物小麥秸稈資源。
文檔編號C12R1/865GK102839197SQ20121032543
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者李金寶, 修慧娟, 張美云, 夏新興, 王海, 王建, 陸趙情, 羅清 申請人:陜西科技大學