一種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢棄物資源化利用和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用廢棄的木質(zhì)纖維素生產(chǎn)化學(xué)品、生物燃料和生物基材料不僅變廢為寶，還減少環(huán)境污染，已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。木質(zhì)纖維素的成分及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過(guò)共價(jià)和非共價(jià)鍵結(jié)合而成。木質(zhì)纖維素的開(kāi)發(fā)利用主要針對(duì)這三種組分展開(kāi)。
[0003]將纖維素和半纖維素降解為可發(fā)酵糖作為微生物發(fā)酵的碳源生產(chǎn)生物燃料、生物化學(xué)品等是木質(zhì)纖維素開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)方面。通常采用的技術(shù)手段為預(yù)處理、酶解和發(fā)酵。預(yù)處理主要打破木質(zhì)纖維素各組分之間的連接，破壞其致密結(jié)構(gòu)，使得纖維素和半纖維素更高效地被酶降解為可發(fā)酵糖。預(yù)處理的方法可歸為四大類(lèi):生物法、物理法、化學(xué)法和綜合法。堿處理是化學(xué)法的一種，與酸、雙氧水和臭氧等預(yù)處理相比，其去除木質(zhì)素的效果更好，且更容易斷裂木質(zhì)素、纖維素和半纖維素之間的酯鍵連接，能極大地提高纖維素的酶解效率。然而，堿處理會(huì)產(chǎn)生大量廢液，造成環(huán)境污染，不利于其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，合理處理堿處理木質(zhì)纖維素廢液，降低其環(huán)境污染程度成為該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN102251428A公布了一種秸桿類(lèi)木質(zhì)纖維素原料處理產(chǎn)生的黑液的處理方法，采用堿性絮凝劑將黑液中的木質(zhì)素絮凝后固液分離，得到的黑液通過(guò)濃縮或添加堿液的方式調(diào)整NaOH含量為1.0?2.0%后繼續(xù)被用于處理木質(zhì)纖維素，從而實(shí)現(xiàn)黑液的重復(fù)利用并降低水耗。中國(guó)專(zhuān)利CN 101555667 B公布了一種木質(zhì)纖維素原料的生物煉制方法，涉及了重復(fù)利用堿處理黑液預(yù)浸漬木質(zhì)纖維素原料或者將黑液酸化制備堿木質(zhì)素，所剩廢水經(jīng)脫毒后用于發(fā)酵。中國(guó)專(zhuān)利CN 102839198 B公布了一種超聲波強(qiáng)化堿性過(guò)氧化氫預(yù)處理木質(zhì)纖維素的方法，通過(guò)酸析法回收預(yù)處理液中的半纖維素和木質(zhì)素。以上專(zhuān)利均對(duì)堿處理黑液中的木質(zhì)素進(jìn)行析出，所得廢液要么被調(diào)整堿濃度后繼續(xù)用于預(yù)處理，要么被脫毒后用于發(fā)酵，在一定程度上降低了水耗和環(huán)境污染。本發(fā)明的不同之處在于將堿處理廢液重復(fù)用于預(yù)處理和酶解，不僅獲得了堿木質(zhì)素，而且實(shí)現(xiàn)了廢水重復(fù)利用及零排放的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法，實(shí)現(xiàn)堿處理木質(zhì)纖維素廢液的重復(fù)利用及零排放。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0008](1)采用堿液在溫度為60?80°C、固液比1:10?1:20的條件下處理木質(zhì)纖維素2?3h，進(jìn)行固液分離，得到木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)蛷U液I ;
[0009](2)將水預(yù)熱，用預(yù)熱水以每次5?10mL/g的量洗滌步驟1的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)??4次，每次洗滌后將物料擠干，收集洗滌廢液II ；
[0010](3)用有機(jī)酸調(diào)節(jié)廢液I和廢液II的pH為4?5，析出木質(zhì)素，離心分離獲得堿木質(zhì)素、上清液1^和用于沼氣發(fā)酵的上清液1:，上清液11:與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌希?br>[0011](4)用堿或有機(jī)酸調(diào)節(jié)上清液IL與步驟2中的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌象w系的pH至4.8?5.5后，調(diào)整固液比為1:5?1:20，按照15?40FPU/g纖維素的量加入纖維素酶酶解，得到含有可發(fā)酵糖的水解液。
[0012]本發(fā)明所提出的木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素堿預(yù)處理過(guò)程中廢液的重復(fù)利用，不造成環(huán)境污染，同時(shí)減少木質(zhì)纖維素酶解過(guò)程的水耗，降低了工藝運(yùn)營(yíng)成本。
[0013]木質(zhì)素是是一種廣泛存在于植物體中的無(wú)定形的、分子結(jié)構(gòu)中含有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元的芳香性高聚物。木質(zhì)素受堿的作用，發(fā)生一定程度的堿性水解，使其溶解度增加，而被抽提出來(lái)，經(jīng)沉淀分離，得到的木質(zhì)素稱(chēng)為堿木質(zhì)素。
[0014]優(yōu)選地，步驟1中所述堿液的質(zhì)量濃度為1?2 %。
[0015]優(yōu)選地，步驟1中所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，所述固液分離采取過(guò)濾方式，所述過(guò)濾方式為篩網(wǎng)過(guò)濾。
[0016]優(yōu)選地，步驟2中所述水的預(yù)熱溫度為40?50°C，物料擠干方式為螺旋擠壓。
[0017]優(yōu)選地，步驟3中所述有機(jī)酸為乙酸或檸檬酸。
[0018]優(yōu)選地，步驟4所述酶解的條件為:在50°C，80?120rpm條件下酶解72?96h。
[0019]優(yōu)選地，剩余廢液可用堿調(diào)整堿度后作為步驟(1)的堿液用于木質(zhì)纖維素的預(yù)處理。
[0020]進(jìn)一步的，所述調(diào)整堿度與質(zhì)量濃度為1?2%的堿液相同。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提出的木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素堿預(yù)處理過(guò)程中廢液的重復(fù)利用，不造成環(huán)境污染，同時(shí)減少木質(zhì)纖維素酶解過(guò)程的水耗，降低了工藝運(yùn)營(yíng)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖1為堿處理木質(zhì)纖維素廢液重復(fù)用于預(yù)處理、酶水解及零排放的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]除特別說(shuō)明，本發(fā)明使用的設(shè)備和試劑為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品，本發(fā)明采用的方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)使用的方法。本發(fā)明中固液比的單位為g/mL。
[0025]實(shí)施例1
[0026]—種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0027](1)取過(guò)篩40?60目的甘蔗渣置于反應(yīng)釜內(nèi)，以固液比1:10 (g絕干物料/mL)加入質(zhì)量濃度為2% NaOH溶液，在60°C、lOOrpm的條件下處理3h后，采用過(guò)濾的方法進(jìn)行固液分離，收集堿處理廢液I和木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?br>[0028](2)加水至反應(yīng)釜內(nèi)，利用釜體殘熱預(yù)熱水溫至40°C，以固液比1:10 (g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?次，收集洗滌廢液II ；
[0029](3)用乙酸分別調(diào)廢液I和廢液II的pH為4.0，堿木質(zhì)素析出，采用離心的方法進(jìn)行固液分離，堿木質(zhì)素可用于制備減水劑、表面活性劑等產(chǎn)品，所得相應(yīng)上清液Ii用于沼氣發(fā)酵，上清液1^與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌希?br>[0030](4)用NaOH調(diào)上清液IL與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)桃夯旌象w系pH為4.8，調(diào)整固液比為1:20，以15FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、80rpm的條件下酶解72h，得到葡萄糖濃度為32.5g/L，木糖濃度為11.6g/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為86.4%。
[0031]調(diào)整固液比后多余的廢液先用NaOH調(diào)pH為7.0，再加入一定質(zhì)量的NaOH固體至質(zhì)量濃度為2%，在上述相同操作條件下進(jìn)行甘蔗渣原料的預(yù)處理、酶解及廢液重復(fù)利用，得到葡萄糖濃度為31.9g/L，木糖濃度為12.lg/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為86.2%。
[0032]實(shí)施例2
[0033]—種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0034](1)取過(guò)篩40?60目的甘鹿渣置于反應(yīng)爸內(nèi)，以固液比1:15 (g絕干物料/mL)加入質(zhì)量濃度為1.5% NaOH溶液，在70°C、lOOrpm的條件下處理2.5h后，采用過(guò)濾的方法進(jìn)行固液分離，收集堿處理廢液I和木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?br>[0035](2)加水至反應(yīng)釜內(nèi)，利用釜體殘熱預(yù)熱水溫至45°C，以固液比l:8(g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?次，收集洗滌廢液II ；
[0036](3)用乙酸分別調(diào)廢液I和II的pH為4.0，堿木質(zhì)素析出，采用離心的方法進(jìn)行固液分離，堿木質(zhì)素可用于制備減水劑、表面活性劑等產(chǎn)品，所得上清液1:用于沼氣發(fā)酵，上清液I1:與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌希?br>[0037](4)用NaOH調(diào)上清液IL與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌瞎桃夯旌象w系pH為5.2，調(diào)整固液比為1:10，以30FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、lOOrpm的條件下酶解96h，得到葡萄糖濃度為65.8g/L，木糖濃度為24.3g/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為90.
[0038]調(diào)整固液比后多余的廢液先用NaOH調(diào)pH為7.0，再加入一定質(zhì)量的NaOH固體至質(zhì)量濃度為1.5%，在上述相同操作條件下進(jìn)行甘蔗渣原料的預(yù)處理、酶解及廢液重復(fù)利用，得到葡萄糖濃度為65.3g/L，木糖濃度為24.lg/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為90.2%。
[0039]實(shí)施例3
[0040]一種堿處理木質(zhì)纖維素廢液回收利用的方法，包括以下步驟:
[0041](1)取過(guò)篩40?60目的甘蔗渣置于反應(yīng)釜內(nèi)，以固液比1:20 (g絕干物料/mL)加入質(zhì)量濃度為1 % NaOH溶液，在80°C、lOOrpm的條件下處理2h后，采用過(guò)濾的方法進(jìn)行固液分離，收集堿處理廢液I和木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?br>[0042](2)加水至反應(yīng)釜內(nèi)，利用釜體殘熱預(yù)熱水溫至50°C，以固液比1:5 (g絕干物料/mL)的量水洗步驟1的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)?次，收集洗滌廢液II ；
[0043](3)用乙酸分別調(diào)廢液I和II的pH為4.0，堿木質(zhì)素析出，采用離心的方法進(jìn)行固液分離，堿木質(zhì)素可用于制備減水劑、表面活性劑等產(chǎn)品，所得上清液1:用于沼氣發(fā)酵，上清液I1:與步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)旌希?br>[0044](4)用NaOH調(diào)步驟2中洗滌后的木質(zhì)纖維素處理殘?jiān)桃夯旌象w系pH5.5，調(diào)整固液比為1: 5，以40FPU/g纖維素的量加入纖維素酶，在50°C、120rpm的條件下酶解96h，得到葡萄糖濃度為95.8g/L，木糖濃度為35.7g/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為68.5%。
[0045]調(diào)整固液比后多余的廢液先用NaOH調(diào)pH為7.0，再加入一定質(zhì)量的NaOH固體至質(zhì)量濃度為1%，在上述相同操作條件下進(jìn)行甘蔗渣原料的預(yù)處理、酶解及廢液重復(fù)利用，得到葡萄糖濃度為96.4g/L，木糖濃度為34.9g/L，綜纖維素轉(zhuǎn)化率為68.4%。
[0046]實(shí)施例4
[0047]—種堿處理木質(zhì)纖