[发明专利]一种实现木质纤维类生物质组分分离的常压脱脂粗甘油预处理方法

说明书

                        技术领域

本发明是一种木质纤维类生物质组分分离和分级利用的方法，属于木质纤维类生物质生化工程领域，它涉及到利用脱脂粗甘油预处理木质纤维类生物质实现组分分离的工业和配方。

                        背景技术

天然木质纤维中的碳水化合物千差万别，结构极其复杂，表现在以下几个方面：不同种属来源的木质纤维类生物质中纤维素和半纤维素的含量是不同的；不同种属来源的纤维素和半纤维素的结构是不同的；同一木质纤维内部由众多的大分子以复杂紧密的结构形式存在着。这些导致了木质纤维类生物质复杂致密的结构，并且难以直接高值化利用，尤其木质素作为细胞之间的粘合剂和刚性原料，严重阻碍了木质纤维素中碳水化合物的释放。很难被微生物或酶水解，主要影响因素有：结晶度、聚合度、表面积和乙酰基以及木质素-半纤维素复合结构，它们影响酶与纤维素分子的接触，致使酶对纤维素的攻击变得困难，阻碍了纤维素的水解。

另一方面，传统意义上的木质纤维类生物质的利用，比如制浆造纸，仅仅关注纤维素和部分半纤维素的利用，导致了木质纤维很多组分的浪费，而且未被利用的组分，如木质素，形成黑液污染了环境，对生态环境形成了严重的威胁。

为了使目前来自天然可再生资源的生物基产品具有传统的石化产品的经济优势，在构建经济高效、环境友好的预处理方法的同时，引用生物质全利用和生物精炼的理念，注重多组分多级分别利用，以取得综合经济效益，将会为生物基产品的技术经济性和社会环境效益带来希望。

因而找寻一种经济可行、简单高效和环境友好的预处理方法使木质纤维类生物质三大组分(纤维素、半纤维素和木质素)分级分离，以便分别高值利用，实现生物质精炼(Biorefinery)，已成为国内外研究木质纤维类生物质领域的专家、学者和工程技术人员的共识。基于生物质精炼的理念，寻找一种经济可行的预处理技术路线，目前已成为国际上对可再生木质纤维质资源开发利用的热点和难点(阎立峰，朱清时，化工学报，2004，55，1938-1943；Allen SG et al.，2001，40，2934-2941)。它的突破对于经济可持续、生态环境、人与自然和谐共处和国家安全将产生革命性意义。

有机溶剂(或外加一些催化剂)能够在一定温度、压力条件下将原料中的木质素分离、溶解或水解，从而使木质素和纤维分离(廖俊和，罗学刚，纤维素科学与技术，2003，11(4)，60-64)。该预处理过程具有独特的优势：对各种木质纤维适用性强；消耗水电和化学药品少；经济成本低、投资少；环境污染小、几乎可实现零排放；溶剂便于回收和循环利用；处理效果好；副产物易于提取，便于综合利用。因而受到国内外的广泛关注(Jimenez L et al，Process Biochemistry，33：401-408，1998；Pan X J et al，biotechnol.Bioeng.，90：473-481，2005；陈海峰等，CN 1566520A；罗学刚，CN 1417406A)。小分子有机溶剂由于成本价格低和易回收利用等特点，曾经被广泛研究，如乙醇水溶液制浆、醋酸制浆、苏打催化乙醇制浆、甲醇-苏打-泛醌制浆、丙酮-水制浆(Jimenez L et al，Ind.Eng.Chem.Res.，40：6201-6206，2001)和醋酸制浆等(Abad S et al.，J.Chem.Technol.Biotechnol.，76：1117-1123，2001)。但目前由于乙醇等低沸点有机溶剂处理工艺存在着高压运行和溶剂易挥发泄露、易燃易爆等危险，需要设备耐高压、密封性好，不允许有任何的泄漏，因而给实际生产的设备和操作安全性带来了很大挑战。所以，这些研究大多仍处于实验室和中试生产阶段(Rodriguez F et al(1998)，Recent Res.Dev.Chem.Eng.；Jimenez L etal(1998)，Afinidad)。与此同时，大分子的高沸点有机溶剂预处理方面的研究却鲜有报道和专利公开(程贤甦等，CN 1424459A；陈为健等，林产化学与工业24：34-38，2004；Rezayati-Charani et al.，Bioresour.Technol.97，2435-2442，2006；Rodriguez et al.，Bioresour.Technol.doi：10.1016/j.biortech.2007；Jiménez et al，Bioresour Technoldoi：10.1016/j.biortech.2007.05.0442007)。