[发明专利]一种超/亚临界水两步水解生物质制备还原糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色化学和清洁能源技术领域，涉及一种两步水解生物质制备还原糖的方法。

背景技术

生物质资源可再生，分布广泛，农作物秸秆、谷壳等农业废弃物，木材、锯末等林业废弃物，蔗渣等工业废弃物，以及城市生活垃圾等都是可以利用的生物质资源。以往对于生物质的利用多采取直接燃烧的方式，尽管方法简单，但利用率低、有环境污染问题。借助热化学和生物化学手段将生物质转变成高热值易处理的生物质燃料和高附加值的化学品，有效提高了能源利用效率。例如，由生物质水解糖化后发酵制备的生物乙醇，丁醇等，既可以作为有用的化学品，还是清洁的液体燃料。生物质中的碳水化合物多以聚合物的形式存在，对于生物质-生物乙醇过程，必须先将聚合物水解转化成单糖，这些单糖再进一步通过发酵转化为乙醇。

目前生物质水解的方法主要有酸催化水解法和酶水解法。酸水解工艺成熟，但存在设备腐蚀问题，且反应废液对环境有污染、后处理步骤复杂。酶水解具有选择性好、反应条件温和、环境友好、设备简单等优点，但反应周期过长，并且纤维素酶制备提纯困难、成本高，无法实现大规模的工业化生产。超/亚临界水法水解生物质是一种生物质资源利用的新技术，具有反应速率快、无溶剂污染、转化率高等独特优点，但目前在技术上还不成熟，设备要求高，糖产率离实现工业化还有一定距离。

生物质中的半纤维素和纤维素水解需要不同的温度和时间条件，两步法水解工艺在不同条件下处理生物质，使半纤维素糖和纤维素糖多能得到有效的回收利用，从而提高生物质原料的利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种超/亚临界水两步水解生物质制备还原糖的方法，解决超/亚临界水一步法水解生物质工艺在单一条件下导致生物质中半纤维素糖类的损失，以及糖产率不理想的缺点。

本发明的技术方案是：

将生物质水解分两步进行，第一步的低温水解固体残渣作为第二步的高温水解原料，充分利用原材料，从而制备高产量还原糖。

本发明所述的制备方法包括以下步骤：

(1)将生物质与蒸馏水以质量比为1∶100～1∶20的比例加入到反应釜中，控制反应温度为180～230℃，搅拌反应0～60min。

(2)反应结束后，冰水浴冷却，将(1)中产物过滤、离心，液相中得到含有还原糖的产物。固相残渣蒸馏水淋洗至滤液无色，用于下步高温反应原料。

(3)上步反应得到的固相残渣与蒸馏水以1∶100的固液比加入另一反应釜中，控制反应温度为300～380℃，反应20～120s。

(4)反应结束后，冰水浴冷却，将(3)中产物过滤、离心，液相中得到含有还原糖的产物。

以上所述的生物质为稻秆、玉米秆、麦秆、高粱秆、甘蔗渣、棉籽壳，粒径为40～100目。

本发明的效果和益处是：两步法水解生物质，可有效提取生物质中的半纤维素糖类；在低温段破坏原料纤维结构，有利于下步水解的进行；总还原糖产量显著提高，提高了原料利用率。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1

按固液质量比为1∶100的比例称取1.5g稻秆和150ml去离子水加入到反应釜中，控制反应温度为190℃，搅拌反应40min。反应结束后，反应釜放入冰水浴中冷却，将产物过滤、离心，对液相产物进行吸光度分析，还原糖产率为21％。固相残渣用蒸馏水洗至滤液无色，烘干至衡重。按固液质量比1∶100称取0.05g固相残渣和5ml水加入到另一管式反应器中，放入控制温度为380℃的锡浴池中加热，反应20s后，取出冰水浴冷却，将产物过滤、离心，对液相产物进行吸光度分析，还原糖产率为24％。稻杆水解还原糖总产率为45％。

实施例2

按固液质量比为1∶40的比例称取1.5g稻秆和150ml去离子水加入到反应釜中，控制反应温度为190℃，搅拌反应20min。反应结束后，反应釜放入冰水浴中冷却，将产物过滤、离心，对液相产物进行吸光度分析，还原糖产率为21％。固相残渣用蒸馏水洗至滤液无色，烘干至衡重。按固液质量比1∶100称取0.05g固相残渣和5ml水加入到另一管式反应器中，放入控制温度为380℃的锡浴池中加热，反应20s后，取出冰水浴冷却，将产物过滤、离心，对液相产物进行吸光度分析，还原糖产率为24％。稻杆水解还原糖总产率为45％。