本發明專利技術公開了一種木質纖維素水解物的糖、酸、鹽分離方法，包括如下步驟：(1)木質纖維素原料經無機酸水解半纖維素部分，固液分離后獲得半纖維素水解物；(2)將半纖維素水解物真空濃縮，濃縮物過濾澄清。過濾截留物重結晶回收鉀鹽，澄清的濾液用于糖-酸-鹽分離。填裝了H型陽離子色譜柱的模擬移動床，以純水為流動相對濃縮水解液進行糖酸分離；此分離過程以無機酸、鹽為快組分，糖、醋酸為慢組分進行切分；(3)快組分經過凈化、濃縮之后，用新鮮的酸液補足酸濃度，然后用于下一批原料水解；(4)將慢組分中的醋酸分離，獲得凈化糖漿。本發明專利技術可將木質纖維素水解物的糖、酸、鹽分離。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于化工領域，涉及木質纖維素稀酸水解物中糖、酸、鹽組分的分離及其利用方法。
技術介紹
木質纖維素是由纖維素、半纖維素與木質素通過共價鍵或非共價鍵緊密結合而成的一類物質的統稱，它構成了植物細胞壁的主要成分，是地球上最豐富的可再生資源。纖維素，半纖維素的水解產物是可發酵性還原糖，用木質纖維素制備可發酵性糖漿，進而發酵生產燃料乙醇、木糖醇，有機酸等能源和基本有機化工產品，或者是直接由水解液制備高附加值產品木糖，是植物纖維資源的重要利用途徑。無機酸水解是利用木質纖維素制備可發酵性糖漿一種十分傳統的方法，具有工藝簡單，效率高的獨到的優點。木質纖維的稀酸水解一般采用兩步水解工藝，即先用較低濃度的酸，在相對低的溫度條件下水解半纖維素部分，分離出以木糖為主成分的半纖維素水解物，再用較高濃度的酸并在較高的溫度條件下水解纖維素部分，得到以葡萄糖為主成分的纖維水解物。兩部分水解物可分別，或合并發酵生成不同的產物。木質纖維稀酸水解工藝雖然簡單，但是水解過程所用的酸必須從水解物中除去， 才能制備符合發酵要求的糖漿。傳統工藝用石灰中和法除去水解過程所用的無機酸，但這個過程實際仍然消耗了大量的酸，并且會生成大量難以處理的環境污染物硫酸鈣。中和脫酸法的這些缺點完全抵消了木質纖維素酸法水解的優勢，在經濟與環保上變得不可行。除了水解所用的無機酸，木質纖維素水解脫乙酰基生成的乙酸是重要的微生物發酵抑制劑，除去乙酸是提高纖維水解物的發酵性能的有效措施。在這方面有過許多專門的文獻報道。如Henry等“用突變體酵母從硬木亞硫酸衆選擇性除去醋酸”(Henry Schneider.Selective removal of acetic acid from hardwood-spent sulfite liquor using a mutant yeast. Enzyme and Microbial Technology. 1996,19:94-98.), Wickramasinghe等“吸附膜與樹脂從生物質水解液除去醋酸”(Wickramasinghe S R, Grzenia D L. Adsorptive membranes and resins for acetic acid removal from biomass hydrolysates. Desalination. 2008, (234) : 144-151. ), PRIDDY 等人鼓泡法對活性炭處理水解液除去醋酸的影響(PRIDDY S A，HANLEYE T R. Effect of Agitation on Removal of Acetic Acid from Pretreated Hydrolysate by Activated Carbon. App Bioch and Biotech. 2003 (105-108) :353-364)等。若能實現木質纖維水解物的糖-酸分離，那么就能夠發揮無機酸水解的優勢，同時避免酸中和法的種種弊端。因此，糖酸分離就成為制備纖維水解物的重要研究方向。通過電滲析法除去纖維水解物中的無機酸，或有機酸是一種被廣泛探討過的纖維水解物酸回收方法。中國專利03129636. X，(專利名電滲析法分離生物質水解液中糖和酸。專利技術人，顏涌捷、李得、張素平等)公開了一種生物質水解液糖酸分離的方法，將經預處理的生物質水解液在由雙極性膜和陰離子交換膜組成的二室式雙極膜電滲析裝置中，在操作電壓為20V-50V的條件下進行糖酸分離和酸的回收，分離時間為120-468分鐘，糖的損失率2.3-3. 8%，酸的回收率大于98%。該方法實現糖酸分離花費的時間長達120-468分鐘， 效率明顯較低。中國專利200810020227. 7 (一種包含酸回收的木質纖維素預處理的方法及其系統。專利技術人，賈紅華、嚴立石、黃和等)公開了一種木質纖維素的預處理和酸回收方法，將木質纖維素裝入循環反應器中，并注入鹽酸，打開循環泵在溫度為50°C -200°C下進行循環反應，反應結束后向得到的水解液中加入氯鹽并加熱，其揮發的HCl和產生的水蒸氣被水流通過文丘里管產生的負壓吸走并溶于通過的水中，通過循環流動回收水解液中的HC1，除酸后的水解液用于發酵。缺點也是明顯的，HCl本身有較強的揮發性和腐蝕性，也容易破壞糖。醋酸也是揮發性的，蒸發的過程不能完成醋酸的分離回收。中國專利申請號200710098477. 8 (植物纖維原料酸水解液電滲析脫毒工藝及裝置。專利技術人，張建安，程可可，周玉杰等)本專利技術公開了屬于生物能源和綠色化工領域的一種植物纖維原料酸水解液電滲析脫毒工藝及其裝置。在多對陰離子交換膜、陽離子交換膜交替組成的電滲析器中，在直流電場作用下，植物纖維原料經切削、除塵后以一定的液固比進行酸水解，酸水解液中的陰離子透過陰膜向陽極方向遷移而進入濃室，受到陽膜阻擋留在濃室中。同理，水解液中的陽離子透過陽膜向陰極方向遷移后也進入濃室，受到陰膜阻擋被截留在濃室中。于是，淡室中的酸得以脫除。不過，在酸濃度低，即缺少帶電離子的情況下，電滲析脫酸的效率是很低的，對弱電解質醋酸的電滲析效率則更低。美國專利5，244，553(專利名從糖-酸水解物回收酸的方法。專利技術人 Goldstein ;Irving S. Method for recovering acid from an acid—sugar hydrolyzate. United States Patent, (1993) 5，244，553)公布了一種電滲析法從纖維水解物中回收酸。 但是，這種方法在低酸低濃度條件下回收效率很低，并且水解液室(淡室)的部分糖將擴散進入電滲析酸室(濃室)，使糖的回收率下降。水解液中的部分降解水溶性木質素在電場的作用下發生凝絮增加了液體的電阻， 部分帶電膠體附著于雙極性膜和陰離子交換膜表面減少了有效膜面積，從而降低了電流效率，是電滲析法脫酸工藝效率低下的原因(李潯，顏涌捷，李庭琢等.雙極性膜電滲析法用于糖酸分離的研究·華東理工大學學報.2004. 30(4) :402-405)。離子排斥色譜法是廣泛探索過的另外一種纖維水解物糖酸分離方法。離子排斥色譜理論認為，離子排斥色譜柱的填料是離子交換樹脂，用水作流動相。樣品中的強電解質組分通過樹脂柱時因受Donnan排斥作用，不能進入樹脂微孔而無保留發生，在填料間隙直接通過，而非離子型組分則不受排斥作用，滲入樹脂微孔而產生保留現象。Springfield 和 Hester 早在 1999 年(Springfield R M, Hester R D. Continuous Ion-Exclusion Chromatography System For Acid/Sugar Separation.Separation Science and Technology. 1999, 34 (6&7) 1217-1241.)就描述過安裝有 18 根填充了陽離子樹脂的模擬移動床進行連續離子排斥分離蔗糖與硫酸的方法。不過他們沒能描述纖維水解液的糖酸分離，尤其沒有涉及水解液中木糖，鉀鹽，醋酸的分離回收問題。美國專利申請0023187A1 (從纖維素生物質獲得產物糖流的方法，M本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張厚瑞，劉婷婷，王羽娟，盧藝芳，林衛軍，肖忠明，
申請(專利權)人：中德瑞生物煉制實驗室廈門有限公司，
類型：發明
國別省市：
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