非木材制浆黑液多糖、二氧化硅、木质素分离方法

摘要

非木材制浆黑液多糖、二氧化硅、木质素分离方法，它涉及化工领域。它以非木材为原料制浆产生的黑液，黑液预热，向黑液中通入CO

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种使用二氧化碳联合酸沉淀剂酸化分离非木材制浆黑液或碱提取液中多糖、二氧化硅、木质素的方法。

背景技术

多糖作为丰富的天然高分子化合物，广泛存在于自然界高等植物、动物、细菌类、藻类中，具有优良的、多方面的生物活性和功能。多糖可以作为光谱免疫促进剂，具有调节免疫系统的功能，对风湿病、病毒性肝炎等免疫系统疾病均有一定的治疗作用。同时多糖还具有抗感染、抗放射、抗凝血、降血脂、低毒性等特点。此外，多糖还是重要的化学品原料。它在生物医疗和化工上有着较好的应用前景。非木材制浆黑液（含碱提取液）中有着丰富的多糖资源，但由于缺少有效多糖分离方法，使得黑液中多糖资源未能得到充分利用。并且由于非木材制浆黑液的高硅含量使其在碱回收前需要进行除硅处理，而通常的除硅方法在除硅的同时，也将很大部分的多糖和部分木质素作为杂质从黑液中去除，造成资源的极大浪费。

木质素作为非木材制浆黑液中较为丰富的资源，是地球上第二大环境友好型生物高分子物质，主要存在于木材、草类和农作物秸秆等植物中。在植物体内的含量约为15%-36%，是无毒且其功能特点的高聚物。木质素是苯丙烷结构单元通过醚键和碳碳键连接而成具有复杂空间结构的高聚物。木质素分子结构中丰富的苯环、碳链、甲氧基、羟基、羰基、羧基等使其具有了非常大的潜在工业应用价值。木质素衍生物具有优良的性能被广泛应用于混凝土、油墨、涂料以及土壤保水剂，其分子结构存在的羟基使得木质素具有酯化和醚化的能力而聚合成各种工程材料。更重要的是木质素是未来最重要的生物质之一。但是非木材制浆黑液木质素及其副产品的利用并不充分，主要由于传统的黑液木质素分离方法的限制，很难从黑液中分离出得率和纯度可靠的工业木质素，因而阻碍了对黑液木质素工业化开发和应用。

目前普遍使用的多糖分离方法为乙醇或丙酮沉淀法（参见图1），但是这一种方法并不完全适用于制浆黑液的多糖分离。该方法较多的使用了化学药品作为助剂，增加了后续黑液的处理难度，同时也不利于黑液其他组分的有效分离；传统除硅方法通常采用生石灰沉淀法（参见图2）和烟道气沉淀法（参见图3），但是这两种传统方法均是只针对除硅，因而在除硅的同时造成较多的多糖和木质素损失，造成了黑液多糖和木质素资源的极大浪费；传统的黑液木质素提取方法为酸析沉淀法（参见图4），但是这种方法没有进行有效的分级分离，导致所得木质素构成复杂，提高了后续木质素提纯的难度，并且传统酸析方法通常使用硫酸、盐酸等强酸，后续黑液处理负荷较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种非木材制浆黑液多糖、二氧化硅、木质素分离方法，它至少符合以下一条或者多条乃至于全部的标准：1、多糖、二氧化硅、木质素的得率高；2、多糖级分、二氧化硅级分、木质素级分纯度高；3、分离过程简单易行，经济，可重复性强；4、利于黑液后续处理。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包括多糖分离、二氧化硅分离和木质素分离三个步骤：(1)多糖分离步骤：(1)多糖分离步骤：以非木材（麦草、稻草、棉杆、桑枝、荻、苇、芒杆、龙须草、麻杆等其他非木材料中的一种或多种）为原料制浆产生的黑液，其中黑液于40—100℃的温度条件下预热（预热温度可以相同，也可以不同），向黑液中通入CO₂气体并不断搅拌调节黑液pH值至10—12，将黑液置于50—100℃的温度条件下保温20—60分钟（保温温度可以相同，也可以不同），然后分离得上层液并收集沉淀，清水洗涤，沉淀干燥，得到粗多糖样品；(2)二氧化硅分离步骤：上层液于50—100℃的温度条件下预热（预热温度可以相同，也可以不同），向上层液中通入CO₂气体并不断搅拌调节pH值至9—10，将黑液置于25—80℃的温度条件下保温20—60分钟（保温温度可以相同，也可以不同），然后离心分离收集沉淀，清水洗涤，沉淀干燥，得到粗二氧化硅样品；(3)木质素分离步骤：上层液于50—100℃的温度条件下预热（预热温度可以相同，也可以不同），向上层液中加入酸沉淀剂并不断搅拌调节pH值至2—5，将黑液置于40—100℃的温度条件下保温20—60分钟（保温温度可以相同，也可以不同），然后离心分离收集沉淀，清水洗涤，沉淀干燥，得到粗木质素样品。

作为本发明的进一步改进，所述的黑液可替换为碱提取液。

作为本发明的进一步改进，所述的干燥可以选用离心干燥、喷雾干燥等干燥方式。

作为本发明的进一步改进，所述的多糖分离步骤中通入二氧化碳并不断搅拌是处于40—100℃的温度条件下进行的，搅拌速度为250—1000rpm，优选为650—1000rpm。

作为本发明的进一步改进，所述的多糖分离步骤中的保温时间为20—60分钟，优选为20—48分钟。

作为本发明的进一步改进，所述的多糖分离步骤中的分离方法采用离心分离，离心分离是处于-10—90℃的温度条件下进行的，离心速度为5000—10000rpm，优选为6500—10000rpm。

作为本发明的进一步改进，所述的二氧化硅分离步骤中的上层液是分离多糖后的离心液。

作为本发明的进一步改进，所述的二氧化硅分离步骤中通入二氧化碳并不断搅拌是处于50—100℃的温度条件下进行的，搅拌速度为100—550rpm，优选为100—300rpm。

作为本发明的进一步改进，所述的二氧化硅分离步骤中的保温时间为15—60分钟，优选为15—40分钟。

作为本发明的进一步改进，所述的二氧化硅分离步骤中的离心分离是处于-10—90℃的温度条件下进行的，离心速度为3000—7000rpm，优选为3000—6000rpm。

作为本发明的进一步改进，所述的木质素分离步骤中的上层液是分离多糖、二氧化硅后的离心液。

作为本发明的进一步改进，所述的木质素分离步骤中加入的酸沉淀剂选用有机酸或无机酸，优选为柠檬酸，加入酸沉淀剂不断搅拌是处于50—100℃的温度条件下进行的，搅拌速度为350—1000rpm，优选为400-1000rpm。

作为本发明的进一步改进，所述的木质素分离步骤中的保温时间为15—60分钟，优选为15—48分钟。

作为本发明的进一步改进，所述的木质素分离步骤中的离心分离是处于-10—90℃的温度条件下进行的，离心速度为5000—10000rpm，优选为5000—8000rpm。

本发明通过利用二氧化碳联合柠檬酸调节黑液pH成功分离多糖、二氧化硅、木质素，多糖得率达70%，二氧化硅得率达到80%，木质素得率达到80%，并且分离多糖、二氧化硅、木质素的纯度可以分别达到80%，75%，80%。分离过程简便、可控，并且无需添加其他化学助剂，绿色环保。

附图说明

图1为现有技术中乙醇或丙酮沉淀法多糖分离流程图；

图2为现有技术中生石灰法除硅流程图；

图3为现有技术中烟道气除硅流程图；

图4为现有技术中酸析沉淀法木质素分离流程图；

图5为本发明实施例中多糖、二氧化硅木质素程序分离流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图5，一种非木材制浆黑液多糖、二氧化硅、木质素分离方法，具体操作步骤如下：

麦草去叶、穗、鞘和节，准确称量绝干麦草原料600g，将药液与原料充分混合均匀，装入旋转蒸煮器蒸煮。蒸煮条件：1 M NaOH溶液，液比1:8，蒸煮最高温度145±1℃，保温时间60 min。蒸煮完毕，转移浆料至浆袋，过滤，收集浓黑液，N2气保护，4℃保存。量取300ml黑液至于1000ml反应烧瓶并在750rpm搅拌速度下不断搅拌，并于60℃预热30分钟。

预热结束，向烧瓶黑液内通入二氧化碳气体，以不产生大量气泡为宜，调黑液pH值至10-11，随即转移黑液至85℃下保温45分钟，保温结束后于0℃环境中以7000rpm离心10分钟，分别收集上层液和沉淀。用清水洗涤沉淀，将沉淀干燥，得到多糖级分，多糖得率为60%，多糖级分纯度为80%。

上层液至于1000ml反应烧瓶并在250rpm搅拌速度下不断搅拌，并于60℃预热30分钟。

预热结束，向烧瓶液体内通入二氧化碳气体，以不产生大量气泡为宜，调黑液pH值至9-10，随即转移黑液至65℃下保温30分钟，保温结束后于0℃环境中以5000rpm离心10分钟，分别收集上层液和沉淀。用清水洗涤沉淀，将沉淀干燥，得到二氧化硅级分，得率为80%，级分纯度为75%。

上层液至于1000ml反应烧瓶并在500rpm搅拌速度下不断搅拌，并于60℃预热30分钟。

预热结束，向烧瓶液体内加入柠檬酸，以不产生大量气泡为宜，调黑液pH值至2-5，随即转移黑液至75℃下保温45分钟，保温结束后于0℃环境中以7000rpm离心10分钟，收集沉淀。用清水洗涤沉淀，将沉淀干燥，得到木质素级分，得率为70%，级分纯度为80%。

由此可见，本发明所述的一种非木材制浆黑液多糖、二氧化硅、木质素分离方法具有以下有益效果：多糖、二氧化硅、木质素的得率高；多糖级分、二氧化硅级分、木质素级分纯度高；分离过程简单易行，经济，可重复性强；利于黑液后续处理。

应当理解的是，本发明的具体实施例仅仅是出于示例性说明的目的，其不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的技术人员可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。