一种从秸秆中提取半纤维素的提取设备及提取方法与流程

[0001]
本发明涉及农作物废弃物处理技术领域，具体的说涉及一种从秸秆中提取半纤维素的提取设备及提取方法。


背景技术：

[0002]
随着环境污染与能源短缺问题的日益严重，农作物秸秆的利用就得到了科研工作者的广泛关注，目前农作物秸秆一般仅作为燃料使用，然而，秸秆的燃烧不仅使其有效资源被大大的浪费，同时还会对环境造成污染。
[0003]
农作物秸秆中则含有丰富的半纤维素，秸秆含有纤维素36.5％-38.6％，半纤维素38.0％-38.8％，木质素12.3％-17.6％。
[0004]
半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50％，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络；半纤维素具有亲水性能，这将造成细胞壁的润胀，可赋予纤维弹性。半纤维素的应用非常广泛，它不仅是造纸业的主要原料，同时，可以作动物饲料，制备膜材料的原料，也可用于生产水凝胶、乙醇、丁醇、木糖醇、乙酰丙酸等。因此，半纤维素在工业、食品添加剂、化工生产以及医药卫生等各个领域都具有重要利用价值。
[0005]
目前从农作物秸秆中提取半纤维素的方法大多提取效率低，半纤维素纯度不高，且资源浪费严重。
[0006]
因此，提供一种能够高效且节能的从农作物秸秆中提取半纤维素的提取设备和提取方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0007]
有鉴于此，本发明提供了一种从秸秆中提取半纤维素的提取设备；
[0008]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009]
一种从秸秆中提取半纤维素的提取设备，包括粉碎机、预处理装置、混合反应器、超声反应釜、冷凝过滤器、离心装置和储液罐；
[0010]
其中，所述粉碎机与所述预处理装置通过传送带连接，所述预处理装置、混合反应器、超声反应釜、冷凝过滤器和离心装置通过管道依次连接，所述储液罐与所述混合反应器通过管道连接；所述离心装置底端与所述混合反应器通过管道连接；
[0011]
所述预处理装置依次设置混料装置和板框压滤机，所述储液槽储存有混合溶液。
[0012]
优选的，上述超声反应釜上设置有用于控制反应温度的温度传感器。
[0013]
采用上述优选的有益效果在于：在超声反应釜上设置温度传感器能够有效控制超声反应时的温度，通过超声效果加快分子间运动，从而提高半纤维素的提取率和纯度。
[0014]
优选的，上述混料装置内部设有搅拌桨；所述混料装置顶端设置有进料口，底端设置有出料口；所述混料装置侧壁设置有若干个透镜。
[0015]
更优选的，上述预处理装置还包括脱脂槽；所述脱脂槽内盛有脱脂液，所述脱脂液为正己烷。
[0016]
采用上述优选的有益效果在于：本发明限定的混料装置能够将粉碎之后的秸秆进一步混合，加快秸秆中半纤维素的溶出；增加设置脱脂槽能够预先对秸秆进行脱脂，从而提高半纤维素的提取纯度。
[0017]
优选的，上述混合溶液为氢氧化钠溶液与丁醇的混合溶液。
[0018]
采用上述优选的有益效果在于：采用本发明上述混合溶液能够使板框过滤液中的半纤维素充分溶于混合溶液中，从而能够有效提高半纤维素的提取率和提取纯度。
[0019]
本发明还提供了从秸秆中提取半纤维素的提取方法，采用上述提取设备提取，步骤为：
[0020]
(1)将秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中进行预处理，得到秸秆过滤液；
[0021]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器中，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；
[0022]
(3)将反应液反应液进行超声处理，得到超声处理液；
[0023]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行离心并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0024]
进一步，上述秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆和棉花秸秆中的一种或几种混合；
[0025]
步骤(1)中所述预处理包括依次对粉碎秸秆进行脱脂、搅拌和板框过滤；
[0026]
采用上述进一步的有益效果在于：本发明限定的方法中对秸秆依次进行脱脂、搅拌和板框过滤均能够增加粉碎秸秆中的半纤维素的溶出程度，进而提高半纤维素的提取率。
[0027]
进一步，上述步骤(2)中混合反应温度为40-50℃，反应时间为10-18h；
[0028]
混合溶液由氢氧化钠溶液与丁醇按1:0.8-1.2的质量比混合得到；氢氧化钠溶液浓度为1-2mol/l。
[0029]
进一步，上述步骤(3)中超声超声功率为600-800w，超声时间为10-20min，超声温度为80-100℃。
[0030]
进一步，上述步骤(4)中所述离心转速为5000-7000r/min，离心时间为5-10min。
[0031]
采用上述进一步的有益效果在于：本发明对超声提取之后的半纤维素进行高速离心能够将纤维素与溶液进行有效分离，后续通过醇沉得到的半纤维素纯度更高。
[0032]
本发明有益效果在于：本发明公开的技术方案采用秸秆为原料，充分合理地利用了我国丰富的秸秆资源优势，为半纤维素的提取提供了廉价且来源丰富的原料，同时还为秸秆废弃资源的再利用提供了可行的方案，具有优秀的产业化前景。
附图说明
[0033]
图1为本发明半纤维素提取设备结构示意图；
[0034]
图2为本发明混料装置结构示意图。
[0035]
附图中，各标号所代表的结构列表如下：1-粉碎机、2-预处理装置、3-混合反应器、
4-超声反应釜、5-冷凝过滤器、6-离心装置、7-储液罐；
[0036]
21-脱脂槽、22-混料装置、23-板框压滤机、41-温度传感器；
[0037]
221-搅拌桨、222-进料口、223-出料口、224-透镜。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0041]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]
实施例
[0044]
一种从秸秆中提取半纤维素的提取设备，包括粉碎机1、预处理装置2、混合反应器3、超声反应釜4、冷凝过滤器5、离心装置6和储液罐7；
[0045]
其中，粉碎机1与预处理装2置通过传送带连接，预处理装置2、混合反应器3、超声反应釜4、冷凝过滤器5和离心装置6通过管道依次连接，储液罐7与混合反应器3通过管道连接；离心装置6底端与混合反应器3通过管道连接；
[0046]
预处理装置2依次设置混料装置22和板框压滤机23，储液槽7储存有混合溶液。
[0047]
在一个实施例中，超声反应釜4上设置有用于控制反应温度的温度传感器41。
[0048]
在一个实施例中，混料装置22内部设有搅拌桨221；混料装置顶端设置有进料口222，底端设置有出料口223；混料装置侧壁设置有若干个透镜224。
[0049]
在另一个实施例中，预处理装置2还包括脱脂槽21；脱脂槽21内盛有脱脂液，脱脂
液为正己烷。
[0050]
在一个实施例中，混合溶液为氢氧化钠溶液与丁醇的混合溶液。
[0051]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0052]
实施例1
[0053]
采用提取设备从秸秆中提取半纤维素的提取方法：
[0054]
(1)将50kg水稻秸秆和50kg甘蔗秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中采用正己烷脱脂，然后进行搅拌和板框过滤，得到秸秆过滤液；
[0055]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器48℃下反应15h，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；混合溶液由2mol/l氢氧化钠溶液与丁醇按1:1.1的质量比混合得到；
[0056]
(3)将反应液反应液在650w、950℃下超声处理15min，得到超声处理液；
[0057]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行5500r/min离心10min并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0058]
实施例2
[0059]
采用提取设备从秸秆中提取半纤维素的提取方法：
[0060]
(1)将100kg小麦秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中采用正己烷脱脂，然后进行搅拌和板框过滤，得到秸秆过滤液；
[0061]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器40℃下反应18h，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；混合溶液由2mol/l氢氧化钠溶液与丁醇按1:0.8的质量比混合得到；
[0062]
(3)将反应液反应液在800w、100℃下超声处理10min，得到超声处理液；
[0063]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行7000r/min离心5min并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0064]
实施例3
[0065]
采用提取设备从秸秆中提取半纤维素的提取方法：
[0066]
(1)将100kg棉花秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中采用正己烷脱脂，然后进行搅拌和板框过滤，得到秸秆过滤液；
[0067]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器50℃下反应10h，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；混合溶液由1mol/l氢氧化钠溶液与丁醇按1:1.2的质量比混合得到；
[0068]
(3)将反应液反应液在600w、80℃下超声处理20min，得到超声处理液；
[0069]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行5000r/min离心10min并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0070]
实施例4
[0071]
采用提取设备从秸秆中提取半纤维素的提取方法：
[0072]
(1)将100kg水稻秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中采用正己烷脱脂，然后进行搅拌和板框过滤，得到秸秆过滤液；
[0073]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器45℃下反应12h，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；混合溶液由1.5mol/l氢氧化钠溶液与丁醇按1:1的质量比混合得到；
[0074]
(3)将反应液反应液在700w、9500℃下超声处理15min，得到超声处理液；
[0075]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行6000r/min离心8min并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0076]
实施例5
[0077]
采用提取设备从秸秆中提取半纤维素的提取方法：
[0078]
(1)将100kg玉米秸秆投入粉碎机中进行粉碎，并通过传送带将粉碎秸秆输送至预处理装置中采用正己烷脱脂，然后进行搅拌和板框过滤，得到秸秆过滤液；
[0079]
(2)将秸秆过滤液输送至混合反应器42℃下反应16h，同时向混合反应器中加入混合溶液，进行反应，得到反应液；混合溶液由1.8mol/l氢氧化钠溶液与丁醇按1:0.9的质量比混合得到；
[0080]
(3)将反应液反应液在750w、90℃下超声处理18min，得到超声处理液；
[0081]
(4)将超声处理液进行冷凝过滤之后，进行6500r/min离心10min并取上清液加入无水乙醇进行醇沉得到半纤维素，离心剩余液体返回输送至混合反应器中继续进行反应。
[0082]
试验例
[0083]
计算实施例1-5半纤维素产量同时检测实施例1-5所得半纤维素纯度，结果如表1所示。
[0084]
表1
[0085][0086]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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