專利名稱：竹材分層多級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)乙醇、纖維和發(fā)電的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于竹材資源綜合利用領(lǐng)域，特別涉及到竹材分層多級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)乙醇、 纖維和發(fā)電的綜合利用方法和工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
竹是禾本科植物中最原始的亞科之一，也是禾本科植物中最具多樣化的一個(gè) 種群，它以木質(zhì)的稈、復(fù)合分枝、發(fā)達(dá)的根系和很少開花的特點(diǎn)區(qū)別于同科的其 它植物。已知全球約有150屬，1225種，竹林面積達(dá)1400萬(wàn)公頃。主要集中分布 于南、北回歸線之間的廣大地區(qū)。在我國(guó)利用竹材有著悠久歷史，中國(guó)是世界上 竹類資源最豐富的國(guó)家，南方各省都有分布。根據(jù)資料，全國(guó)有竹林近500萬(wàn)公 頃，產(chǎn)量1.3億噸。其中毛竹產(chǎn)量占中國(guó)竹材總產(chǎn)量的2/3以上，為中國(guó)第一竹種。 毛竹生長(zhǎng)快、產(chǎn)量大、用途廣，在出筍后2個(gè)月內(nèi)，即可完成稈形生長(zhǎng)，接著進(jìn) 入材質(zhì)生成期，每?jī)赡昕煽撤ヒ淮?。毛竹林?0 20米，桿徑8~16厘米，是我國(guó) 經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大的竹種。
目前竹材主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、手工業(yè)，建筑業(yè)、人造板、造紙、竹筍、竹碳加 工等。在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)、建筑業(yè)人造板等方面大多還停留在傳統(tǒng)應(yīng)用上，其加工 水平有限，產(chǎn)品附加值不高，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。而利用竹材造紙也只限于竹材中纖 維素組分的利用，其中的半纖維素與木質(zhì)素全部以黑液形式排放，并沒有考慮到 竹材的綜合利用，不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境，而且造成了資源浪費(fèi)。因此研究開發(fā)一 種高效的竹材綜合利用技術(shù)前景廣闊。
我國(guó)每年可砍竹材1000余萬(wàn)m3，相當(dāng)于年木材采伐量的1/5左右，竹材直徑 小、壁薄中空、各向異性明顯，但竹材纖維含量較高，利用竹材纖維加工紡織、 服裝用纖維有較好的市場(chǎng)前景。竹材主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三 種成分，其中綜纖維素(纖維素、半纖維素)含量為65%左右，木質(zhì)素和膠質(zhì)等 含量為32%左右，灰分占3%左右。由于竹材中纖維素含量高并且纖維性能好，竹材廣泛用于竹纖維的加工。竹纖維分為竹原纖維和再生竹纖維，竹原纖維是指采 用獨(dú)特的工藝從竹材中直接分離出來的纖維。 一般是根據(jù)紡織廠采用的紡紗系統(tǒng) 的不同，將天然的竹材鋸成生產(chǎn)上所需要的長(zhǎng)度，釆用機(jī)械、物理的方法去除竹 材中的木質(zhì)素、多戊糖、竹粉、果膠等雜質(zhì)，從竹材中直接提取竹原纖維。竹原 纖維與采用化學(xué)處理的方法生產(chǎn)的竹槳粘膠纖維(再生纖維素竹纖維)有著本質(zhì)上 的區(qū)別。前者是純粹的天然纖維，屬綠色環(huán)保型纖維，纖維性能優(yōu)異，具有特殊 的風(fēng)格，服用性能極佳，保健功效顯著，為區(qū)別于竹漿粘膠纖維，故取名為竹原 纖維；而后者則屬于化學(xué)纖維中的再生纖維素纖維，竹纖維中的某些優(yōu)良的性能 和含有的保健成分在化學(xué)加工中受到影響，加之化學(xué)加工造成的污染，所以它不 是真正意義上的環(huán)保纖維。
當(dāng)今國(guó)內(nèi)的竹纖維企業(yè)大多采用粘膠纖維工藝生產(chǎn)竹纖維，它的生產(chǎn)工藝同 以棉短絨、木漿為原料制成粘膠纖維的方法一致。工藝過程如附圖l所示。
竹原纖維以天然竹材為原料，是一種保持了竹材纖維原有的天然特性的環(huán)保
纖維。其微觀結(jié)構(gòu)與麻纖維相似，具較高強(qiáng)度。服用竹原纖維(Natural bamboo fiber) 是指采用獨(dú)特工藝從竹材中直接分離出來，并可加工成服用織物的纖維。用竹原 纖維織物制作的服裝穿著涼爽舒適，染色性能極好，光澤艷麗，這些獨(dú)特品質(zhì)使 竹原纖維在紡織服裝行業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。竹原纖維有以下特點(diǎn)①柔 滑軟暖，似"綾羅綢緞"，纖維光澤亮麗具有優(yōu)良的懸垂性、耐磨性；②吸濕透 氣，冬暖夏涼，竹原纖維為天然中空，使得竹纖維被業(yè)內(nèi)專家稱為"會(huì)呼吸"的 纖維。透氣性差的弊端，填補(bǔ)了天然涼爽型面料的空臺(tái)；③天然保健，竹原纖維 天然含有竹密和果膠成分，該成分對(duì)皮膚健康有益，并且竹原纖維具有良好抗菌 性；④竹原纖維具有良好的綠色環(huán)保性能，是無污染的環(huán)保性纖維；⑤恢復(fù)性好、 可機(jī)洗、免熨燙、纖維染色性好。
竹原纖維是一種綠色、可再生、可降解的資源性纖維(竹材2—3年即可再生 利用)。竹原纖維使用后可直接被生物降解，回歸自然，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污 染。因此竹原纖維具有優(yōu)越的性能及廣泛的應(yīng)用前景。目前已有不少關(guān)于竹原纖 維制備文獻(xiàn)報(bào)道，主要集中在竹原纖維的混紡性能、物理性能等方面進(jìn)行研究， 并且其考慮的仍是竹材中纖維素的利用，對(duì)于綜合利用并未做深入研究。中國(guó)發(fā) 明專利CN1415790， CN1406725， CN1375578 ， CN1390989 ， CN1083760 ，CN1621580A， CN1824851A等均提到了竹原纖維的生產(chǎn)，有的采用化學(xué)法、有的 采用物理法、有的采用生物酶法生產(chǎn)竹原纖維，然而針對(duì)竹材綜合利用技術(shù)的專 利及文獻(xiàn)并未見報(bào)道。
近年來生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，在奧地利、丹麥、芬蘭、法國(guó)、挪威、瑞 典和美國(guó)等國(guó)家生物質(zhì)作為發(fā)電燃料越來越得到重視。我國(guó)從1987年起，開始生 物質(zhì)能小型氣化發(fā)電技術(shù)研制工作，并列為科技部重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。2000年我國(guó)已 經(jīng)有秸稈氣化發(fā)電示范工程投入運(yùn)行，然而由于生物質(zhì)熱值低、密度小、比較分 散等原因造成生物質(zhì)發(fā)電在經(jīng)濟(jì)成本上不能突破。在竹材發(fā)電方面，臺(tái)灣工業(yè)技 術(shù)研究院2006年發(fā)表全球首創(chuàng)竹材再生利用方式"竹炭生物質(zhì)能源發(fā)電"，以2m3 竹材碳化過程中產(chǎn)生的氣體，成功研發(fā)達(dá)到可產(chǎn)生最大5kW的電量。然而其利用 方式集中在熱解碳化發(fā)電方面，而針對(duì)竹材的特征的全面綜合高值化利用有待進(jìn) 一步深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)竹材進(jìn)行綠色環(huán)保、高值化綜 合利用。開發(fā)了針對(duì)竹材特殊結(jié)構(gòu)的組分全利用工藝，得到目的產(chǎn)物竹原纖維， 同時(shí)聯(lián)產(chǎn)低聚木糖、竹漿、乙醇、醇溶木素、剩余殘?jiān)?生物質(zhì)發(fā)電用)。分離得 到的所有組分均得到最大價(jià)值的利用，克服了傳統(tǒng)竹原纖維生產(chǎn)方法的污染、單 一組分利用的缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)工藝流 程。
本發(fā)明的思路通過該工藝流程不僅得到性能良好的竹原纖維，同時(shí)聯(lián)產(chǎn) 低聚木糖、竹漿、乙醇、醇溶木素、剩余殘?jiān)?生物質(zhì)發(fā)電用)，使得竹材的附加 值明顯升高。竹原纖維的生產(chǎn)采用蒸汽爆破技術(shù)對(duì)竹材原料進(jìn)行預(yù)處理同時(shí)水洗 聯(lián)產(chǎn)低聚木糖，然后將汽爆后原料通過分級(jí)裝置進(jìn)行長(zhǎng)短纖維分離。分離得到的 汽爆長(zhǎng)纖維強(qiáng)度大、韌性好，更有利于竹原纖維的生產(chǎn)，汽爆長(zhǎng)纖維在漂白、給 油等過程中由于纖維斷裂產(chǎn)生的短纖維更是較好的造紙?jiān)?。分離得到的汽爆短 纖維在進(jìn)行過篩分級(jí)處理，纖維殘?jiān)糜诎l(fā)酵乙醇原料，其余用于制漿造紙。生 產(chǎn)過程中所有殘?jiān)糜谏镔|(zhì)發(fā)電燃料。
利用竹材進(jìn)行制漿造紙已有上千年的歷史，而本工藝并不是利用整株竹材進(jìn)行直接造紙，而是針對(duì)竹材的特殊性提出了分級(jí)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)聯(lián)產(chǎn)竹漿，并且該 工藝使用乙醇自催化進(jìn)行制漿聯(lián)產(chǎn)醇溶木素。得到的木質(zhì)素可作為分散劑、吸附 劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑等，應(yīng)用前景十分廣闊。
生產(chǎn)過程中的發(fā)電燃料主要由兩部分組成短纖維發(fā)酵渣和造紙殘?jiān)?。①?纖維發(fā)酵渣竹材原料經(jīng)過蒸汽爆破、微生物發(fā)酵乙醇后的發(fā)酵殘?jiān)举|(zhì)素所占 比例明顯升高，氧元素含量下降，由于木質(zhì)素?zé)嶂蹈哂诎肜w維素和纖維，并且經(jīng) 過蒸汽爆破、微生物發(fā)酵處理后的殘?jiān)新仍?、硫元素含量明顯降低，灰熔點(diǎn) 升高，這些特點(diǎn)對(duì)于生物質(zhì)發(fā)電非常有利。②造紙殘?jiān)?jīng)過蒸汽爆破、乙醇自 催化制漿處理后殘?jiān)写蟛糠譃闅堄嗄举|(zhì)素及半纖維，熱值相對(duì)竹材原料有所提 高。
本發(fā)明的技術(shù)路線
本發(fā)明的技術(shù)路線如下-
1) 預(yù)處理首先對(duì)竹材去節(jié)整料及制竹片處理，采用汽爆裝置對(duì)竹材進(jìn)行蒸
汽爆破預(yù)處理，汽爆壓力控制在1.3MPa 2.1MPa，達(dá)到活化纖維原料的目的，晾 干后待后續(xù)處理。
2) 水洗脫膠處理竹材汽爆處理后半纖維素發(fā)生部分降解、纖維結(jié)構(gòu)變得更 加疏松，水洗處理后，得到纖維物料及水洗液，純化水洗液可得到低聚木糖及部 分殘?jiān)?，所得殘?jiān)糜诎l(fā)電燃料。得到的纖維物料用于進(jìn)一步長(zhǎng)短纖維分離。
3) 長(zhǎng)短纖維分級(jí)處理根據(jù)纖維長(zhǎng)度不同，將長(zhǎng)短纖維進(jìn)行分級(jí)處理，得到
的長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)用于后續(xù)生產(chǎn)竹原纖維及紙槳。得到的短纖維 通過30目、60目篩進(jìn)行進(jìn)一步分級(jí)處理。60目以上纖維殘?jiān)糜诎l(fā)酵生產(chǎn)乙醇， 發(fā)酵渣用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。未通過30目、30~60目的短纖維用于乙醇自催化制 槳生產(chǎn)紙漿及醇溶木素。分級(jí)處理后通過電鏡觀察竹子長(zhǎng)纖維、未通過30目纖維、 30~60目纖維、60目以上纖維形態(tài)，如附圖2所示。
4) 竹原纖維生產(chǎn)分級(jí)處理后長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)經(jīng)過漂白、軟 化、梳理處理后得到長(zhǎng)纖維即為粗竹原纖維，梳理后的短纖維通過乙醇自催化制 漿得到竹漿和醇溶木素，造紙殘?jiān)糜谏镔|(zhì)發(fā)電燃料。
5) 乙醇自催化制漿對(duì)步驟3)中未通過30目及30~60目的短纖維、步驟4) 中梳理后短纖維進(jìn)行制漿。采用乙醇濃度為50~60%，固液比1/10 (g/ml)，在
6160 180'C下，保溫2h，萃取脫木質(zhì)素，即得到粗漿。然后采用兩段漂白技術(shù)，第 一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二段漂白液的組成 為l%Na2Si03、 1°/。H202、 l%NaOH，均在70。C下，各漂2 h，固液比1/20， 漂后漿干燥后，稱重計(jì)算細(xì)漿得率。
6)同步糖化發(fā)酵乙醇對(duì)步驟3)中60目以上纖維殘?jiān)M(jìn)行同步糖化發(fā)酵乙 醇。固液比1/20，每克底物20IUFPA纖維素酶，然后加入活性干酵母于37。C同步 糖化發(fā)酵3天。
本發(fā)明的技術(shù)流程如附圖3所示。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①根據(jù)竹材纖維結(jié)構(gòu)緊密特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理， 大大增加了竹材纖維的分散程度，有利于竹原纖維的分離。②針對(duì)以往竹材單一 組分利用的缺點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)竹材全利用技術(shù)，大大提高了竹材的利用率，節(jié)省了資源。
③ 通過竹原纖維生產(chǎn)工藝聯(lián)產(chǎn)低聚木糖、竹漿、醇溶木素、乙醇、生物質(zhì)發(fā)電燃 料等高附加值產(chǎn)品，從而優(yōu)化了竹材的綜合利用途徑，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程廢物零排放。
④ 克服了傳統(tǒng)組分分離方法的污染、單一組分利用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了竹材的清潔全 利用。


圖1是竹漿纖維生產(chǎn)工藝。
圖2是分級(jí)處理后電鏡照片(①60目以上纖維；②30 60目纖維；③未通過 30目短纖維；④汽爆長(zhǎng)纖維)。從附圖2可以明細(xì)看出分級(jí)處理后纖維的變化(均 以放大400觀察)。其中①為充分?jǐn)嗔训睦w維，形態(tài)比較雜亂；②中各種纖維仍相 互交織，纖維較為分散；③中各纖維間雖有裂縫，但并未分開；④中各纖維間緊 密結(jié)合，并未發(fā)生纖維間的斷裂。從分析中可得出結(jié)論圖③是圖④的長(zhǎng)纖維縫 隙間爆裂而形成的；而圖②中的單根交織的纖維是圖③中進(jìn)一步斷裂的結(jié)果，使 纖維更充分分散；圖①中的雜碎纖維細(xì)胞為圖②中單根分散的纖維細(xì)胞進(jìn)一步爆 裂的結(jié)果，使纖維分散為碎片。
圖3是本發(fā)明的技術(shù)流程系統(tǒng)圖。技術(shù)流程圖說明①對(duì)竹材去節(jié)整料及制 竹片預(yù)處理，采用汽爆裝置對(duì)竹材進(jìn)行蒸汽爆破處理。②對(duì)汽爆后竹材進(jìn)行水洗 脫膠，水洗液為降解后的半纖維素用于制備低聚木糖剩余殘?jiān)鳛榘l(fā)電燃料。③脫膠后纖維通過分級(jí)梳理后得到長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)和短纖維(纖維 長(zhǎng)度小于3厘米)。短纖維繼續(xù)進(jìn)行30目、60目篩分級(jí)處理。60目以上纖維殘?jiān)?用于發(fā)酵乙醇，發(fā)酵渣用于生物質(zhì)發(fā)電，剩余其他短纖維用于乙醇自催化制漿。 ④竹材長(zhǎng)纖維經(jīng)過漂白、軟化、梳理處理后得到粗纖維，繼續(xù)經(jīng)過分級(jí)后長(zhǎng)纖維 用于生產(chǎn)竹原纖維，短纖維經(jīng)過乙醇自催化制漿得到竹漿及醇溶木素。⑤生產(chǎn)得 到的所有殘?jiān)?jīng)過干燥處理后均用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:①對(duì)竹材去節(jié)整料及制竹片預(yù)處理，釆用汽爆裝置對(duì)竹材在1.35MPa 壓力下維壓19分鐘蒸汽爆破處理。②對(duì)汽爆后竹材進(jìn)行水洗脫膠，水洗液為降解 后的半纖維素用于制備低聚木糖剩余殘?jiān)鳛榘l(fā)電燃料。(D脫膠后纖維通過分級(jí) 梳理后得到長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)和短纖維(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)。短 纖維繼續(xù)進(jìn)行30目、60目篩分級(jí)處理，通過60目組分用于發(fā)酵乙醇發(fā)酵渣用于 生物質(zhì)發(fā)電，剩余其他短纖維用于乙醇自催化制漿。 竹材長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大 于3厘米)經(jīng)過漂白、軟化、梳理處理后得到粗纖維，繼續(xù)經(jīng)過分級(jí)后長(zhǎng)纖維用 于生產(chǎn)竹原纖維，短纖維經(jīng)過乙醇自催化制漿得到竹漿及醇溶木素。⑤乙醇自催 化制漿未通過30目、30~60目的短纖維進(jìn)行制漿。采用乙醇濃度為50%，固液 比1/10 (g/ml)，在160'C下，保溫2h，萃取脫木質(zhì)素，即得到粗槳。然后采用兩 段漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二 段漂白液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在70。C下，各漂2h， 固液比1/20，漂后漿干燥后，稱重計(jì)算細(xì)漿得率。⑥對(duì)60目以上纖維殘?jiān)M(jìn)行 同步糖化發(fā)酵乙醇。固液比1/20，每克底物添加20IU FPA纖維素酶及0.01克酵母， 于37'C發(fā)酵72小時(shí)。⑦生產(chǎn)得到的所有殘?jiān)?jīng)過干燥處理后均用于生物質(zhì)發(fā)電燃 料。
所得產(chǎn)率指標(biāo)如下
長(zhǎng)纖維比例(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)55% 短纖維比例(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)45%
通過60目組分發(fā)酵乙醇得率0.11克乙醇/克底物30~60目組分粗漿、細(xì)漿得率64.9% 43.1% 未通過30目組分粗漿、細(xì)衆(zhòng)得率68.8% 48.2% 醇溶木素得率6%
竹原纖維得率11%
實(shí)施例2:①對(duì)竹材去節(jié)整料及制竹片預(yù)處理，采用汽爆裝置對(duì)竹材在1.50MPa 壓力下維壓13分鐘蒸汽爆破處理。②對(duì)汽爆后竹材進(jìn)行水洗脫膠，水洗液為降解 后的半纖維素用于制備低聚木糖剩余殘?jiān)鳛榘l(fā)電燃料。③脫膠后纖維通過分級(jí) 梳理后得到長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)和短纖維(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)。短 纖維繼續(xù)進(jìn)行30目、60目篩分級(jí)處理，通過60目組分用于發(fā)酵乙醇發(fā)酵渣用于 生物質(zhì)發(fā)電，剩余其他短纖維用于乙醇自催化制漿。 竹材長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大 于3厘米)經(jīng)過漂白、軟化、梳理處理后得到粗纖維，繼續(xù)經(jīng)過分級(jí)后長(zhǎng)纖維用 于生產(chǎn)竹原纖維，短纖維經(jīng)過乙醇自催化制漿得到竹漿及醇溶木素。⑤乙醇自催 化制漿未通過30目、30~60目的短纖維進(jìn)行制漿。采用乙醇濃度為50%，固液 比1/10 (g/ml)，在180。C下，保溫2h，萃取脫木質(zhì)素，即得到粗漿。然后采用兩 段漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二 段漂白液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在7(TC下，各漂2 h， 固液比1/20，漂后漿干燥后，稱重計(jì)算細(xì)槳得率。⑥對(duì)60目以上纖維殘?jiān)M(jìn)行 同步糖化發(fā)酵乙醇。固液比1/20，每克底物添加20IU FPA纖維素酶及0.01克酵母， 于37'C發(fā)酵72小時(shí)。⑦生產(chǎn)得到的所有殘?jiān)?jīng)過干燥處理后均用于生物質(zhì)發(fā)電燃 料。
所得產(chǎn)率指標(biāo)如下
長(zhǎng)纖維比例(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)50% 短纖維比例(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)50% 通過60目組分發(fā)酵乙醇得率0.098克乙醇/克底物 30 60目組分粗漿、細(xì)漿得率63.4% 42.3% 未通過30目組分粗漿、細(xì)漿得率67.5% 47.8% 醇溶木素得率3%
竹原纖維得率9%實(shí)施例3:①對(duì)竹材去節(jié)整料及制竹片預(yù)處理，采用汽爆裝置對(duì)竹材在1.60MPa 壓力下10分鐘蒸汽爆破處理。②對(duì)汽爆后竹材進(jìn)行水洗脫膠，水洗液為降解后的 半纖維素用于制備低聚木糖剩余殘?jiān)鳛榘l(fā)電燃料。③脫膠后纖維通過分級(jí)梳理 后得到長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)和短纖維(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)。短纖維 繼續(xù)進(jìn)行30目、60目篩分級(jí)處理，通過60目組分用于發(fā)酵乙醇發(fā)酵渣用于生物 質(zhì)發(fā)電，剩余其他短纖維用于乙醇自催化制漿。④竹材長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3 厘米)經(jīng)過漂白、軟化、梳理處理后得到粗纖維，繼續(xù)經(jīng)過分級(jí)后長(zhǎng)纖維用于生 產(chǎn)竹原纖維，短纖維經(jīng)過乙醇自催化制漿得到竹漿及醇溶木素。⑤乙醇自催化制 漿未通過30目、30 60目的短纖維進(jìn)行制漿。采用乙醇濃度為60%,固液比1/10 (g/ml)，在16(TC下，保溫2h，萃取脫木質(zhì)素，即得到粗漿。然后采用兩段漂白 技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二段漂白 液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在7(TC下，各漂2h，固液比 1/20，漂后漿干燥后，稱重計(jì)算細(xì)漿得率。⑥對(duì)60目以上纖維殘?jiān)M(jìn)行同步糖化 發(fā)酵乙醇。固液比1/20，每克底物添加20IU FPA纖維素酶及0.01克酵母，于37。C 發(fā)酵72小時(shí)。⑦生產(chǎn)得到的所有殘?jiān)?jīng)過干燥處理后均用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。 所得產(chǎn)率指標(biāo)如下
長(zhǎng)纖維比例(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)65% 短纖維比例(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)35% 通過60目組分發(fā)酵乙醇得率0.106克乙醇/克底物 醇溶木素得率3% 竹原纖維得率13%
實(shí)施例4:①對(duì)竹材去節(jié)整料及制竹片預(yù)處理，采用汽爆裝置對(duì)竹材在1.80MPa 壓力下8分鐘蒸汽爆破處理。②對(duì)汽爆后竹材進(jìn)行水洗脫膠，水洗液為降解后的 半纖維素用于制備低聚木糖剩余殘?jiān)鳛榘l(fā)電燃料。③脫膠后纖維通過分級(jí)梳理 后得到長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)和短纖維(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)。短纖維 繼續(xù)進(jìn)行30目、60目篩分級(jí)處理，通過60目組分用于發(fā)酵乙醇發(fā)酵渣用于生物 質(zhì)發(fā)電，剩余其他短纖維用于乙醇自催化制漿。④竹材長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3
10厘米)經(jīng)過漂白、軟化、梳理處理后得到粗纖維，繼續(xù)經(jīng)過分級(jí)后長(zhǎng)纖維用于生 產(chǎn)竹原纖維，短纖維經(jīng)過乙醇自催化制漿得到竹漿及醇溶木素。⑤乙醇自催化制 漿未通過30目、30~60目的短纖維進(jìn)行制漿。采用乙醇濃度為50%，固液比1/10 (g/ml)，在16(TC下，保溫2h，萃取脫木質(zhì)素，即得到粗漿。然后采用兩段漂白 技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二段漂白 液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在70。C下，各漂2 h，固液比 1/20，漂后漿干燥后，稱重計(jì)算細(xì)漿得率。⑥對(duì)60目以上纖維殘?jiān)M(jìn)行同步糖化 發(fā)酵乙醇。固液比1/20，每克底物添加20IUFPA纖維素酶及0.01克酵母，于37。C 發(fā)酵72小時(shí)。⑦生產(chǎn)得到的所有殘?jiān)?jīng)過干燥處理后均用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。 所得產(chǎn)率指標(biāo)如下
長(zhǎng)纖維比例(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)53% 短纖維比例(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)47% 通過60目組分發(fā)酵乙醇得率0.11克乙醇/克底物 竹原纖維得率10%
權(quán)利要求
1、一種竹材分層多級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)乙醇、纖維和發(fā)電的工藝方法，其步驟如下(1)對(duì)竹材原料進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理，然后進(jìn)行水洗脫糖、脫膠；(2)水洗脫糖、脫膠處理后水洗液用于分離純化生產(chǎn)低聚木糖；水洗后的汽爆竹材原來進(jìn)行長(zhǎng)短纖維分級(jí)處理分級(jí)后得到纖維長(zhǎng)度大于3厘米長(zhǎng)纖維和纖維長(zhǎng)度小于3厘米短纖維；(3)纖維長(zhǎng)度大于3厘米的長(zhǎng)纖維進(jìn)行漂白、軟化、梳理操作，得到梳理后長(zhǎng)纖維用于生產(chǎn)竹原纖維，梳理后短纖維用于乙醇自催化制漿；(4)纖維長(zhǎng)度小于3厘米短纖維繼續(xù)用30目、60目篩分級(jí)處理，通過60目組分用于同步糖化發(fā)酵乙醇，其發(fā)酵渣用于生物質(zhì)發(fā)電燃料；30～60目間組分及未通過30目組分分別用于乙醇自催化制漿。
2、 按權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是步驟(1)所述的竹材原料蒸汽 爆破預(yù)處理壓力在1.3MPa 2.1MPa，維持壓力時(shí)間為5分鐘~20分鐘。
3、 按權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是步驟(3)和(4)所述的乙醇自 催化制漿的方法包含以下步驟(1) 蒸煮將梳理后短纖維裝入反應(yīng)釜中，按照固液比1: 10，乙醇的濃度為50~60% (v/v)的乙醇水溶液，于反應(yīng)釜中160 190'C制漿2小時(shí)；(2) 分離蒸煮結(jié)束后，冷卻過濾得到濾液和漿料(即粗漿)；得到的濾液通 過蒸餾回收乙醇后得到醇溶木素；(3) 漂白將粗漿料通過兩段式漂白處理，第一階段漂白液的組成為1%硅酸鈉(Na2Si03)、 2%過氧化氫(11202)、 2。/。氫氧化鈉(NaOH),第二段漂白液的組成為 1。/o硅酸鈉(Na2Si03)、 1%過氧化氫(&02)、 "/。氫氧化鈉(NaOH)，均在7(TC下，各 漂2h，固液比l: 20;制漿廢渣用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。
4、 按權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是步驟(4)中通過60目組分同步糖化 發(fā)酵乙醇的方法按固液比l: 20，將發(fā)酵原料滅菌處理后，每克底物添加20IUFPA 纖維素酶及0.01克酵母，于37。C厭氧發(fā)酵72小時(shí)，蒸餾得到乙醇。
5、 按權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是步驟(4)中發(fā)酵殘?jiān)?jīng)干燥處理 后用于生物質(zhì)發(fā)電燃料。
全文摘要
本發(fā)明屬于竹材資源綜合利用領(lǐng)域，發(fā)明涉及竹材分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)的方法。其中竹材蒸汽爆破后進(jìn)行蒸煮脫膠預(yù)處理，蒸煮液用于生產(chǎn)低聚木糖。汽爆脫膠處理過程使竹纖維分散、纖維得到充分暴露。蒸汽爆破后竹材長(zhǎng)短纖維進(jìn)行分層多級(jí)轉(zhuǎn)化，分為長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)、短纖維(纖維長(zhǎng)度小于3厘米)。短纖維通過30目、60目篩進(jìn)一步分級(jí)處理。60目以上纖維殘?jiān)糜诎l(fā)酵生產(chǎn)乙醇，未通過30目及30～60目的短纖維用于乙醇自催化制漿。分離得到的長(zhǎng)纖維(纖維長(zhǎng)度大于3厘米)用于后續(xù)的制漿過程和竹原纖維生產(chǎn)過程。竹材處理整個(gè)工藝過程聯(lián)產(chǎn)竹原纖維、竹漿、乙醇、醇木質(zhì)素、低聚木糖，產(chǎn)生的殘?jiān)鳛樯镔|(zhì)發(fā)電燃料，從而實(shí)現(xiàn)竹材資源高效綜合利用。
文檔編號(hào)C12P7/06GK101440380SQ20071017798
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者張建興, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所