CN109722932A - 一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 - Google Patents
一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109722932A CN109722932A CN201910128864.4A CN201910128864A CN109722932A CN 109722932 A CN109722932 A CN 109722932A CN 201910128864 A CN201910128864 A CN 201910128864A CN 109722932 A CN109722932 A CN 109722932A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cellulose
- straw
- agricultural straw
- agricultural
- waste
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010902 straw Substances 0.000 title claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims abstract 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 27
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 21
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 16
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 16
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 11
- 241000209140 Triticum Species 0.000 claims description 4
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 3
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims description 3
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 3
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 241000894007 species Species 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 17
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 15
- JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.Cl[Al](Cl)Cl JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 10
- 229940009861 aluminum chloride hexahydrate Drugs 0.000 description 10
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 9
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 9
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 8
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 7
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 6
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 4
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical group Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010907 stover Substances 0.000 description 2
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 1
- LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N Chinese gallotannin Chemical compound OC1=C(O)C(O)=CC(C(=O)OC=2C(=C(O)C=C(C=2)C(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)O2)OC(=O)C=2C=C(OC(=O)C=3C=C(O)C(O)=C(O)C=3)C(O)=C(O)C=2)O)=C1 LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- YFWFZVVRLIXQKT-UHFFFAOYSA-K [Cl-].[Al+3].C(CO)O.[Cl-].[Cl-] Chemical compound [Cl-].[Al+3].C(CO)O.[Cl-].[Cl-] YFWFZVVRLIXQKT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical class CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 1
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000007115 recruitment Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，包括：农业秸秆类废弃物经洗涤、干燥，粉碎成40目～60目物料；物料与高沸点有机溶剂‑水混合均匀，在催化剂路易斯酸金属盐作用下，在常压、温度130～160℃下搅拌反应，获得粗纤维素。本发明方法利用可循环资源农业秸秆类废弃物，条件温和，在常压、较低温下经短时间处理就能够高效选择性分离木质纤维素，实现农业秸秆类废弃物纤维素100％回收；且本发明方法对处理装置要求低，安全性高。
Description
技术领域
本发明属于农作物秸秆生物质化工技术领域，涉及一种利提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，尤其涉及一种利用高沸点有机溶剂和金属盐催化提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法。
背景技术
随着我国农业机械化的推进，农作物种植生产方式逐渐由小农种植转型农场种植，伴随的农作物废弃物也在逐年增加。农作物废弃物主要为秸秆类生物质，如水稻秸秆、麦草秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、大豆秸秆等。2016年，我国农作物秸秆类废弃物已达到8亿吨。然而，农作物秸秆类废弃物为可再生持续性生物质资源，国内采用的处理方法多为就地焚烧或生产固体成型燃料，也有少数被用于秸秆还田。简言之，目前对农作物秸秆类废弃物的处理存在环境污染、低值化利用、处理成本高等缺陷，造成了资源的极大浪费。
发明人发现由木质纤维素类生物质实现生物能源和高附加价值生物基产品的生物炼制技术面临着许多瓶颈问题，其中木质纤维素-糖平台的木质纤维素原料组分分离(即木质纤维类生物质预处理)的问题尤为突出。研究表明，木质纤维素原料具有复杂的化学组成和相当致密的结构，不经预处理难以直接被纤维素酶降解。因此，需要对木质纤维素原料进行组分分离处理实现纤维素高效回收，才能用于木质纤维类生物质酶解。
目前，木质纤维素类原料组分分离方法有：稀酸法、稀碱法和蒸汽/氨气爆法等。但这些方法多在高温高压条件进行，且均存在着不同程度的问题，如纤维素损失较大、对设备质量要求高等，难以满足木质纤维素类原料生物炼制型组分分离的要求。针对此问题，部分高沸点有机溶剂借由其热稳定性及可溶解性(木质素)逐渐引国内外研究者的关注，如甘油和乙二醇(Lísias et al.,BioresourceTechnol,2011,102:10040–10046)。孙付保利用工业甘油作为溶剂处理麦草，在温度220℃下处理3h，实现了纤维素的高回收率(～98％)(Sunet al.,BioresourceTechnol,2015,187:354–361)。Martin C等通过在甘油溶液中添加H2SO4作为催化剂处理甘蔗渣，在温度190℃下处理1h，使得处理后基质中纤维素纯度达到72％(Martin et al.,Cell ChemTechnol,2011,45:487–494)。以上方法采用高沸点有机溶剂处理生物质能够有效避免纤维素的损失，但需要在高温下处理较长时间，增加了处理成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有木质纤维素类原料组分分离方法处理条件要求高、处理成本高的问题，提供一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，采用高沸点有机溶剂-水作为反应介质，并以路易斯酸金属盐作为催化剂，并对处理条件进行调控，选择性地提取农业秸秆类废弃物中的纤维素。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，包括：农业秸秆类废弃物经洗涤、干燥，粉碎成40目～60目物料；物料与高沸点有机溶剂-水混合均匀，在催化剂作用下加热处理，获得粗纤维素。
所述的农业秸秆类废弃物为水稻秸秆、麦草秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
所述的农业秸秆类废弃物干燥至含水量10％～15％。
所述的农业秸秆类废弃物采用机械粉碎至40目～60目，避免造成纤维素结构变化如结晶度降低，从而保证纤维素的完全回收。
除了考虑高沸点有机溶剂对木质素溶解度外，还需要避免水的比例过大时影响反应体系的沸点改变导致无法达到加热处理的温度。因此，控制所述的高沸点有机溶剂和水的体积比(v/v)为60:40～95:5。所述的高沸点有机溶剂为甘油和乙二醇中的一种。
所述的催化剂为路易斯酸金属盐；所述的路易斯酸金属盐为FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3、CuCl2和CuSO4中的一种或几种，优选为FeCl3、AlCl3。
所述的催化剂在高沸点有机溶剂-水中的浓度为0.015～0.2mol/L，优选为0.03～0.12mol/L。具体的，所述的催化剂为AlCl3、FeCl3时，催化剂在高沸点有机溶剂-水中的浓度为0.015～0.1mol/L，优选为0.03～0.06mol/L。所述的催化剂为Fe2(SO4)3、CuCl2或CuSO4时，催化剂在高沸点有机溶剂-水中的浓度为0.1～0.12mol/L。
所述的农业秸秆类废弃物和催化剂的用量比为1g:0.0003～0.004mol，优选为1g:0.0006～0.0024mol。
所述的加热处理为在常压、温度130～160℃下搅拌反应0.2～1h。
优选的，所述的加热处理为在常压下，边搅拌边以12～16℃/min的升温速率由室温升至130～160℃，保温0.2～1h，再以5～10℃/min的降温速率冷却至50℃左右。
具体的，所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法包括以下步骤：
步骤(1)、农业秸秆类废弃物洗涤脱沙土，自然风干至含水量10％～15％，粉碎至40目～60目短细状物料；
步骤(2)、将步骤(1)得到的物料与高沸点有机溶剂-水混合均匀，加入催化剂，加热处理，过滤得到固体，洗涤至中性，即得粗纤维素。
本发明方法制得的粗纤维素可以经纤维素酶进一步水解成可发酵性糖(葡萄糖和木糖)，用于生物柴油、微生物油脂、纤维素乙醇、丁二醇等生物燃料的生产。
本发明的有益效果：
1、本发明以农业秸秆类废弃物为原料，为可再生持续性资源；
2、本发明采用高沸点有机溶剂和水作为反应介质，水用于溶解催化剂，使高沸点有机溶剂-水-催化剂成均相；此外，在木质纤维结构中，半纤维素主要存在于纤维素和木质素中间，路易斯酸金属盐溶于水后呈酸性，生成水合氢离子(H3O+)，催化木质纤维素中氢键和部分离子键断开，但又不至于分解纤维素，从而选择性地脱除大量木质素和半纤维素，半纤维素降解产物单糖、糠醛、乙酸和甲酸等溶于水中，木质素溶解在高沸点有机溶剂中，纤维素保留；在加热处理过程中，高沸点有机溶剂不易损失，可实现循环利用。
3、本发明方法条件温和，在常压、低温下经短时间处理就能够高效选择性分离木质纤维素，农业秸秆类废弃物中纤维素的回收率为90～100％，半纤维素脱除率为80％～95％，木质素脱除率为80％～90％。制得的粗纤维素中纤维素的含量为50％～80％，半纤维素含量为3％～15％，木质素含量为5％～12％。粗纤维素的比表面积为5～15m2/g，孔容量为0.01～0.035cm3/g，孔径为1.6～2nm。
4、本发明方法对处理装置要求低，安全性高。
附图说明
图1为原始水稻秸秆的电子显微镜扫描图片。
图2为实施例4粗纤维素的电子显微镜扫描图片。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。本领域技术人员可以在本发明的教导下适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明内。
实施例1
水稻秸秆(含有34％纤维素、20％半纤维素和26％木质素)洗涤脱沙土，自然风干至含水量10％，粉碎至40目～60目短细状物料。在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和六水氯化铝，六水氯化铝在乙二醇-水溶液中的浓度为0.006mol/L，置于智能控温数显加热套(ZNHW-500mL，上海越众仪器设备公司)，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀。通过插到液面下的热电偶监测温度，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗(G1-100mL)，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤3次(每次200mL去离子水)至滤液中性，得到粗纤维素。
实施例2
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和六水氯化铝，六水氯化铝在乙二醇-水溶液中的浓度为0.017mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀。通过插到液面下的热电偶监测温度，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维素。
实施例3
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和六水氯化铝，六水氯化铝在乙二醇-水溶液中的浓度为0.039mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀。通过插到液面下的热电偶监测温度，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维素。
实施例4
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和六水氯化铝，六水氯化铝在乙二醇-水溶液中的浓度为0.055mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀。通过插到液面下的热电偶监测温度，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维素。结果表明，粗纤维中纤维素含量达到76％，半纤维素和木质素含量分别降至4％和7％，即水稻秸秆中纤维素被100％回收，分别脱除90％半纤维素和88％木质素。
经乙二醇-氯化铝处理后，水稻秸秆原本致密、光滑的表面(如图1)被打破，表现为松散结构(如图2)。此外，粗纤维素的结晶度为64.2％，比表面积、孔容量和孔径分别达到9.8m2/g，26.3×10-3cm3/g和1.9nm。
实施例5
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和六水氯化铝，六水氯化铝在乙二醇-水溶液中的浓度为0.083mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀。通过插到液面下的热电偶监测温度，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维素。
实施例6
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和FeCl3，FeCl3在乙二醇-水溶液中的浓度为0.06mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤滤液中性，得到粗纤维。
实施例7
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和0.1mol/L Fe2(SO4)3，Fe2(SO4)3在乙二醇-水溶液中的浓度为0.1mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水至滤液中性，得到粗纤维。
实施例8
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)和0.1mol/L CuSO4，CuSO4在乙二醇-水溶液中的浓度为0.1mol/L，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维。
对比例1
在三孔烧瓶(500mL)内装入5g粉碎后的水稻秸秆(同实施例1)、100mL乙二醇-水溶液(v/v,90:10)，置于智能控温数显加热套，全程通过机械搅拌(150rpm)保证混合均匀，8-10min内由室温(25℃-30℃)升至150℃，保温30min；撤去加热套，在15-20min内冷却至50℃左右，取出三孔烧瓶，利用砂芯漏斗，真空抽滤得到固体；固体用去离子水洗涤至滤液中性，得到粗纤维。
表1：不同催化剂的处理效果
Claims (10)
1.一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于包括：农业秸秆类废弃物经洗涤、干燥，粉碎成40目～60目物料；物料与高沸点有机溶剂-水混合均匀，在催化剂作用下加热处理，获得粗纤维素。
2.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的农业秸秆类废弃物为水稻秸秆、麦草秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的高沸点有机溶剂-水中高沸点有机溶剂和水的体积比为60:40～95:5。
4.根据权利要求1或3所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的高沸点有机溶剂为甘油和乙二醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的催化剂为路易斯酸金属盐。
6.根据权利要求5所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的催化剂为FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3、CuCl2和CuSO4中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的催化剂在高沸点有机溶剂-水中的浓度为0.015～0.2mol/L，优选为0.03～0.12mol/L。
8.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的农业秸秆类废弃物和催化剂的用量比为1g:0.0003～0.004mol，优选为1g:0.0006～0.0024mol。
9.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于所述的加热处理为在常压、温度130～160℃下搅拌反应0.2～1h。
10.根据权利要求1所述的提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)、农业秸秆类废弃物洗涤，干燥，粉碎至40目～60目物料；
步骤(2)、将步骤(1)得到的物料与高沸点有机溶剂-水混合均匀，加入催化剂，加热处理，过滤得到固体，洗涤至中性，即得粗纤维素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910128864.4A CN109722932B (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910128864.4A CN109722932B (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109722932A true CN109722932A (zh) | 2019-05-07 |
| CN109722932B CN109722932B (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=66300723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910128864.4A Active CN109722932B (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109722932B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114197233A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种从农林固废物中分离提取纤维素纳米纤维的方法 |
| CN114717278A (zh) * | 2021-01-06 | 2022-07-08 | 江南大学 | 一种农林生物质预处理方法 |
| CN115196998A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-18 | 东华大学 | 一种强化纤维素类废弃生物质水热腐殖化的方法 |
| CN115785035A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-03-14 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种秸秆制备糠醛和5-羟甲基糠醛的方法 |
| CN115928479A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-04-07 | 安徽工程大学 | 一种利用二氧化碳耦合有机溶剂高效解构木质纤维素原料的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102268827A (zh) * | 2011-08-26 | 2011-12-07 | 重庆恒远晋通科技有限公司 | 基于氯化铁预处理的烟草纤维素提取方法 |
| CN102733218A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-10-17 | 重庆恒远晋通科技有限公司 | 基于氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的方法 |
| CN103711017A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-04-09 | 海宁朗赛纤维科技有限公司 | 一种以高沸醇为溶剂常压超声波辅助制备纤维素和木质素的方法 |
| CN106397611A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-15 | 江南大学 | 一种油茶加工废弃物两步有机溶剂生物炼制型组分分离的方法 |
-
2019
- 2019-02-21 CN CN201910128864.4A patent/CN109722932B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102268827A (zh) * | 2011-08-26 | 2011-12-07 | 重庆恒远晋通科技有限公司 | 基于氯化铁预处理的烟草纤维素提取方法 |
| CN102733218A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-10-17 | 重庆恒远晋通科技有限公司 | 基于氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的方法 |
| CN103711017A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-04-09 | 海宁朗赛纤维科技有限公司 | 一种以高沸醇为溶剂常压超声波辅助制备纤维素和木质素的方法 |
| CN106397611A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-15 | 江南大学 | 一种油茶加工废弃物两步有机溶剂生物炼制型组分分离的方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114717278A (zh) * | 2021-01-06 | 2022-07-08 | 江南大学 | 一种农林生物质预处理方法 |
| CN114197233A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种从农林固废物中分离提取纤维素纳米纤维的方法 |
| CN114197233B (zh) * | 2021-12-17 | 2022-12-02 | 大连理工大学 | 一种从农林固废物中分离提取纤维素纳米纤维的方法 |
| CN115196998A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-18 | 东华大学 | 一种强化纤维素类废弃生物质水热腐殖化的方法 |
| CN115928479A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-04-07 | 安徽工程大学 | 一种利用二氧化碳耦合有机溶剂高效解构木质纤维素原料的方法 |
| CN115928479B (zh) * | 2022-11-17 | 2025-01-24 | 安徽工程大学 | 一种利用二氧化碳耦合有机溶剂高效解构木质纤维素原料的方法 |
| CN115785035A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-03-14 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种秸秆制备糠醛和5-羟甲基糠醛的方法 |
| CN115785035B (zh) * | 2023-02-03 | 2023-04-21 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种秸秆制备糠醛和5-羟甲基糠醛的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109722932B (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109722932A (zh) | 一种提取农业秸秆类废弃物纤维素的方法 | |
| CN101864683B (zh) | 一种木质纤维原料的预处理方法 | |
| Trinh et al. | Aqueous acidified ionic liquid pretreatment for bioethanol production and concentration of produced ethanol by pervaporation | |
| JP7149332B2 (ja) | 繊維系バイオマスからセルロース、低分散のヘミセルロース及びリグニン解離ポリフェノールを製造する方法 | |
| CN102115432A (zh) | 利用木质素制备分离对羟基苯甲醛、香兰素、丁香醛的方法 | |
| CN105507051A (zh) | 一种高效分离木质纤维原料的方法 | |
| CN110230228A (zh) | 秸秆原料联产纤维素材料、糠醛和木质素的方法 | |
| CN102604121A (zh) | 水热预处理耦合高沸醇制备高品质木质素的方法 | |
| CN106191135A (zh) | 木质纤维素为原料联产多产品的生物炼制方法 | |
| CN110684204A (zh) | 一种有机酸分离木质纤维及同源制备糠醛的方法 | |
| Wu et al. | BIOMASS CHAR SULFONIC ACIDS (BC-SO 3 H)-CATALYZED HYDROLYSIS OF BAMBOO UNDER MICROWAVE IRRADIATION. | |
| CN106702800A (zh) | 一种用质子型离子液体去除秸秆木质素和半纤维素的方法 | |
| CN114196039A (zh) | 一种解构玉米秸秆木质纤维素提取木质素、纤维素及糖的方法 | |
| CN102321490A (zh) | 高压液化生物质制备生物碳的方法 | |
| CN103130756A (zh) | 一种由木质纤维素生物质生产糠醛的工艺 | |
| CN108164407A (zh) | 一种水相氧化生物质制备单酚、小分子有机酸和高纯度纤维素的方法 | |
| CN102382310A (zh) | 一种木质纤维素资源综合利用联产木质素的方法 | |
| CN102251424A (zh) | 一种一步提取纤维素的方法 | |
| CN110240709A (zh) | 一种酸化强化四氢糠醇预处理提取核桃壳中木质素的方法 | |
| CN101798769A (zh) | 一种脱除秸秆木质素组分工艺 | |
| CN103435719B (zh) | 一种小麦秸秆中生物质原料的分离装置及其工艺 | |
| CN111691216A (zh) | 一种工业化规模微波辅助木质纤维生物质全组分分离方法及设备 | |
| CN114590792B (zh) | 炭微球及其制备方法 | |
| CN116283846A (zh) | 一种由三元深共熔溶剂体系高值化农业剩余物的方法 | |
| CN105586364B (zh) | 一种木质纤维素的预处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |