徐小榮 吳限智 張揚(yáng)

摘 要：在現(xiàn)有的木糖水解液經(jīng)過(guò)超濾、離子交換純化工藝中，植入技術(shù)優(yōu)化后的三級(jí)電滲析膜分離技術(shù)，達(dá)到節(jié)約水、減少木糖工藝耗損，減小離子交換工序的負(fù)荷，延長(zhǎng)其生產(chǎn)周期，獲得品質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良的木糖。

關(guān)鍵詞：電滲析;木糖純化;超濾;離子交換

半纖維素存在于植物原料中，為了研究其結(jié)構(gòu)，需要先將半纖維素分離提取出來(lái)。由于植物中含有多種化學(xué)組分，主要組分還有木質(zhì)素與纖維素，且它們之間還存在有化學(xué)鍵，所以其分離過(guò)程是較為復(fù)雜的，在分離的過(guò)程中，應(yīng)該盡可能將半纖維素分離出來(lái)，且要減少半纖維素的發(fā)生化學(xué)變化。

在國(guó)內(nèi)目前木糖的制作工藝基本上是以玉米芯為主，玉米芯在自然界是木糖含量最高的原料，但還是需要8t左右玉米芯才能生產(chǎn)1t木糖，并會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣以及水電氣等能源消耗。

而纖維行業(yè)采用堿提法提取木漿中的纖維素，剩下的半纖維廢堿液基本上沒(méi)有利用價(jià)值而被當(dāng)做廢物廢棄并污染環(huán)境，由于該半纖維廢液含有部分堿液，造成傳統(tǒng)的玉米芯水解法無(wú)法使用碳酸鈣沉淀這部分離子，所以采用電滲析法來(lái)對(duì)水解后的半纖液進(jìn)行處理，使其內(nèi)部的離子大量被分離出，使得半纖維素廢堿液1.9t左右半纖就能生成1t木糖，從而使利用半纖維堿液生產(chǎn)木糖具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)及環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

1 電滲析純化木糖工藝技術(shù)

1.1 半纖水解液物料性質(zhì)

以半纖維素原料，經(jīng)硫酸水解后，采用現(xiàn)有成熟技術(shù)進(jìn)行過(guò)濾、脫色、超濾等前處理后的半纖維素水解液。其中，在所述半纖維素水解液中，木糖含量為70～90g/l，硫酸鈉含量20～22g/l，硫酸含量20～25g/l。

1.2 木糖水解液凈化配套工藝技術(shù)

半纖維經(jīng)水解后，水解木糖液通過(guò)預(yù)處理工藝超濾，再進(jìn)入電滲析，最后組合后處理工序離子交換完成純化。根據(jù)超濾后水解液品質(zhì)情況，結(jié)合離子交換的設(shè)計(jì)按照以下工藝過(guò)程進(jìn)行木糖純化處理。

水解木糖液→超濾→三級(jí)電滲析→離子交換→濃縮結(jié)晶干燥包裝→木糖產(chǎn)品

2 電滲析技術(shù)在木糖行業(yè)的應(yīng)用

2.1 電滲析原理

電滲析原理

在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過(guò)性，使溶液中陰、陽(yáng)離子發(fā)生離子遷移，分別通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換膜而達(dá)到除鹽或濃縮，在陰極與陽(yáng)極之間，放置著若干交替排列的陽(yáng)膜與陰膜，讓水通過(guò)兩膜及兩膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直通電源后，水中陰、陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極、陰極方向遷移，由于陽(yáng)膜、陰膜的選擇透過(guò)性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。

2.2 木糖行業(yè)對(duì)電滲析的需求

木糖水解液的除去較大顆粒雜質(zhì)及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的電解質(zhì)的過(guò)程，就是木糖的純化。純化工藝在整個(gè)水解法制取木糖的生產(chǎn)中起到關(guān)鍵重要的作用，它直接影響木糖的產(chǎn)品質(zhì)量與成本，常規(guī)的純化工藝采用的是超濾加離子交換組合的純化工藝，這樣的工藝其生產(chǎn)運(yùn)行成本高，產(chǎn)品有較多電解質(zhì)殘留，產(chǎn)品品質(zhì)得不到有效保障。

在常規(guī)的木糖水解液經(jīng)過(guò)超濾、離子交換純化工藝中，植入技術(shù)優(yōu)化后的三級(jí)電滲析膜分離技術(shù)，簡(jiǎn)稱電滲析純化工藝技術(shù)，工藝流優(yōu)化、自動(dòng)程度高，噸糖耗用水量下降65%。三級(jí)電滲析法純化木糖，在超濾與離子交換工序間首次增加了適應(yīng)木糖純化的三級(jí)電滲析，根本上減少純化過(guò)程中水耗量，從水耗量200m3水/t木糖降到60～70m3水/t木糖，延長(zhǎng)離子交換工序離子交換柱的有效實(shí)用周期一倍。

2.3 三級(jí)電滲析進(jìn)料工藝參數(shù)及其物料參數(shù)

三級(jí)電滲析分為一級(jí)電滲析系統(tǒng)（一級(jí)高鹽液、一級(jí)高糖液）;二級(jí)電滲析系統(tǒng)（二級(jí)高鹽液、二級(jí)高糖液）;三級(jí)電滲析系統(tǒng)（三級(jí)高鹽液、三級(jí)高糖液）

2.3.1 第一級(jí)電滲析

將半纖維素水解液通入至第一級(jí)電滲析系統(tǒng)，且通入第二級(jí)高鹽液（電滲析系統(tǒng)首次使用時(shí)，通入除鹽水。當(dāng)電滲析系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，即第二級(jí)電滲析系統(tǒng)產(chǎn)生出料流量為17m3/h的第二級(jí)高鹽液，停止通入除鹽水，轉(zhuǎn)為通入第二級(jí)高鹽液），經(jīng)電滲析膜作用，得第一級(jí)高糖液和第一級(jí)高鹽液;

半纖維素水解液進(jìn)料流量為40m3/h，第二級(jí)高鹽液進(jìn)料流量為17m3/h;電壓為150V，電流為100A，溫度為45℃;第一級(jí)高鹽液出料流量為17m3/h，第一級(jí)高糖液出料流量為40m3/h;

2.3.2 第二級(jí)電滲析

將經(jīng)一級(jí)電滲析系統(tǒng)所得的第一級(jí)高糖液通入至第二級(jí)電滲析系統(tǒng)，且通入除鹽水，經(jīng)電滲析膜作用，得第二級(jí)高糖液和第二級(jí)高鹽液;

第一級(jí)高糖液進(jìn)料流量為40m3/h，除鹽水進(jìn)料流量為17m3/h;電壓為150V，電流為100A，溫度為45℃;第二級(jí)高鹽液出料流量為17m3/h，第二級(jí)高糖液出料流量為40m3/h;

2.3.3 第三級(jí)電滲析

將二級(jí)電滲析系統(tǒng)所得的第二級(jí)高糖液通入至第三級(jí)電滲析系統(tǒng)，且通入除鹽水，經(jīng)電滲析膜作用，得第三級(jí)高糖液和第三級(jí)高鹽液;第二級(jí)高糖液進(jìn)料流量為40m3/h，除鹽水進(jìn)料流量為17m3/h;電壓為150V，電流為85A，溫度為45℃;第三級(jí)高鹽液出料流量為17m3/h，第三級(jí)高糖液出料流量為40m3/h。

2.3.4后處理

將第三級(jí)高鹽液進(jìn)行濃縮及脫鹽后，其指標(biāo)見(jiàn)表4、表5 然后將料液注入至離子交換柱中可得去離子糖溶液。

由表4、5可知糖溶液經(jīng)過(guò)電滲析后，糖分的組分與含量變化較小，溶液中的離子電導(dǎo)由進(jìn)入前的161800 us/cm左右降低至3000 us/cm左右，大幅度降低了溶液中的離子，使得后續(xù)使用離子交換樹(shù)脂處理溶液變得可能，從而解決了利用纖維行業(yè)的廢半纖維素制作木糖的難題，并在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。

2.4 電滲析穩(wěn)定運(yùn)行

三級(jí)電滲析應(yīng)用于半纖維素水解液的脫鹽、脫酸，進(jìn)而達(dá)到對(duì)木糖溶液的除雜、純化目的，在工廠經(jīng)過(guò)兩年穩(wěn)定運(yùn)行，指標(biāo)穩(wěn)定，適用于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

電滲析在木糖行業(yè)的應(yīng)用不僅僅提高木糖質(zhì)量及生產(chǎn)效率，減少跑糖量，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，比起傳統(tǒng)的玉米芯制作木糖行業(yè)減少了大量的玉米芯固體廢物，減少了大量水電氣的消耗，并解決了纖維行業(yè)中的半纖維提取物無(wú)法處理的情況，實(shí)現(xiàn)了綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣建新等.木糖型生物質(zhì)煉制原理與技術(shù)[M]北京：科學(xué)出版社，2013.

[2]岳國(guó)君等.淀粉衍生物、淀粉糖及糖醇產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖[M].北京：華南理工大學(xué)出版社，2014.

[3]劉茉娥等.膜分離技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[4]李媛，王立國(guó).電滲析技術(shù)的原理及應(yīng)用[J].城鎮(zhèn)供水，2015（5）：16-22.

[5]陳玉蓮，周廣浚.綜合治理糠醛廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)，1992，13（5）：46-49.