[发明专利]一种木质纤维素生物质的综合利用方法有效
申请号: | 201110306624.2 | 申请日: | 2011-10-11 |
公开(公告)号: | CN103045678A | 公开(公告)日: | 2013-04-17 |
发明(设计)人: | 唐一林;高绍丰;张恩选;韩文斌;崔建丽;栗昭争;马军强;刘洁;江成真 | 申请(专利权)人: | 济南圣泉集团股份有限公司 |
主分类号: | C12P19/14 | 分类号: | C12P19/14;C08H7/00;C13K13/00 |
代理公司: | 北京三聚阳光知识产权代理有限公司 11250 | 代理人: | 刘守宪 |
地址: | 250204 山*** | 国省代码: | 山东;37 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 木质 纤维素 生物 综合利用 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种综合利用木质纤维素生物质的方法,具体地说是一种综合利用木质纤维素生物质中纤维素、半纤维素和木质素的方法。
背景技术
随着化石燃料资源的日趋枯竭和环境污染的日益严重,利用再生能源为石化产品的替代品变得愈加重要。而燃料乙醇是生物质液体能源的物质的主要形式,也是化石燃料最可能的替代品。目前,世界乙醇生产主要以淀粉类(玉米、木薯等)和糖类(甘蔗、甜菜等)作为发酵的原料。采用微生物法法发酵生产乙醇技术成熟,但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制,同时存在与人争粮与粮争地等弊端,并且导致粮食价格持续走高,因此寻找新的原料势在必行。现在科学家把目光投向成本更为低廉、来源更广泛的木质纤维素生物质。
木质纤维素生物质以植物体的形式存在,主要成分为纤维素、半纤维素和木质素,其中,纤维素占40%左右,半纤维素占25%左右,木质素占20%左右,地球上每年由光合作用生成的木质纤维素生物质总量超过2000亿吨,因此木质生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。
如果能以木质纤维素生物质为原料生产乙醇,将极大解决人类的能源问题,但是在这方面仍存在很多技术难题尚未解决。目前,在以木质纤维素生物质为原料生产乙醇过程中,遇到的第一个问题是对半纤维素、纤维素和木质素未能很好地综合利用,现有处理生物质的工艺技术,大多以降解糖类得到乙醇为目的,不能同时提取得到高纯度、高活性的木质素,往往把木质素作为一个去除对象;另一个问题是纤维素酶解的转化率低,酶解的成本过高(占总生产成本的40-50%),生产成本过高,无法真正实现工业化。纤维素酶解的转化率低的原因是:一方面半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间,而木质素具有的网状结构,作为支撑骨架包围并加固着纤维素和半纤维素,木质素和半纤维素在空间上可阻碍纤维素分子与酶的接触,酶可及度差,增加了酶解的难度。因此有必要对木质纤维素生物质进行有效的预处理,破坏木质素和半纤维素的空间障碍,同时还要避免预处理产生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛,乙酸等),从而有利于纤维素的酶解;另一方面,纤维素酶对结晶纤维素酶促反应活力比较低,因此,为了提高纤维素酶解的转化率,需要提高酶活力。
在CN100564667C中公开了一种木质纤维素生物质的联合预处理方法及其系统,将木质纤维素生物质粉碎后装入循环反应釜中,并注入稀酸,打开循环泵在温度为50℃-200℃下进行循环反应,反应结束后将得到的水解液;循环反应釜内剩余的木质纤维素冲洗后,放入球磨机中加碱液进行球磨,进一步除去木质素,球磨完毕除碱后用于后继酶解,得到乙醇。上述工艺存在的缺点是若要想尽可能多的溶解木质素就需要提高碱浓度、碱处理的温度和延长碱处理的时间,造成木质素的活性部分受到破坏,不能利用其生产高附加值的产品。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的在综合利用纤维素、半纤维素和木质素时,不能同时得到高活性、高纯度的木质素和较高的纤维素和半纤维素的提取率的问题,从而提出了一种木质纤维素生物质综合利用的方法。
为达到上述目的,本发明提供一种木质纤维素生物质的综合利用方法,该方法包括以下步骤:
(a)对木质纤维素生物质进行酸水解,分离后得到戊糖溶液和酸水解残渣;
(b)用碱溶液处理所述酸水解残渣,包括
(i)经碱溶液处理所述水解残渣使其中的木质素溶解于所述碱溶液;
(ii)然后进行过滤、洗涤得到液体和碱解残渣;
(iii)将所得液体经过膜设备分离、浓缩得到碱木质素溶液;
(c)使用纤维素酶对步骤(b)中所述碱溶液处理得到的碱解残渣进行酶解,得到葡萄糖溶液和酶解残渣;
(d)步骤(c)完成后,将得到的所述酶解残渣返回步骤(b)进行碱溶液处理或将所述酶解残渣与新的酸水解残渣合并后再进行步骤(b)的碱溶液处理,然后依次进行步骤(c)和(d),如此循环,从而进一步提取木质素和进行纤维素酶解。
所述酸溶液的种类没有特别的限定,可以是木质纤维素生物质进行酸水解的常规使用的酸,例如酸可以为硫酸、盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种。
所述木质纤维素生物质可以为玉米秸秆、麦秸、稻秸、甘蔗渣、棉柴、棉子壳、玉米芯、稻草、高粱杆、阔叶木材和木片的一种或几种。
根据原料情况进行预处理,对木质纤维素生物质原料进行切割或粉碎,接着对该秸秆段进行洗涤除尘。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于济南圣泉集团股份有限公司,未经济南圣泉集团股份有限公司许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201110306624.2/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。