[发明专利]一种木质纤维素生物质的综合利用方法

说明书

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。但是以木质纤维素生物质为原料生产乙醇的过程中遇到的最大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，需要提高纤维素酶的活力。 

在以木质纤维素生物质为原料生产乙醇过程中，遇到的另一个问题是对半纤维素、纤维素和木质素未能很好的综合利用，在现有技术中处理生物质的工艺，大多以降解糖类得到乙醇为目的，不能兼顾木质素的高质量、高活性提取及后续利用，往往把木质素作为一个去除对象，造成资源浪费和环境污染，未能达到资源最大化利用，再者酸水解半纤维过程中，生成的戊糖在较高温度或较高酸浓度下容易转化成糠醛，从而降低戊糖的利用价值。 

如现有技术中，公开号为CN101696427A的专利文献中公开了一种用纤维物质生产燃料乙醇和2，3-丁二醇的方法，通过碱法预处理，半纤维素酶解工艺，将45％以上的半纤维素转化成低毒性的木糖液，同时获得了高纤维素含量的纤维素残渣。其中的半纤维素水解液经发酵得到2，3-丁二醇，纤维素残渣经发酵得到燃料乙醇，纤维素和半纤维素最终转化成工业产品得到利用，但是该工艺的目的在于将其中的纤维素和半纤维素转化成燃料乙醇和2，3-丁二醇，碱法预处理的目的是最大限度的去除木质素，将木质素作为除去物，没有考虑所得木质素的纯度等质量问题及木质素的后续利用，用碱浓度比较高，对木质素的活性破坏较大，所以该方法对三种物质的分离，忽略了木质素的提取效果，只对纤维素和半纤维素进行了有效的工业利用，不能保证木质素能够进行有效的工业利用。 

公开号为CN101725068A的中国专利文献公开了一种用于分级分离基于木质纤维素生物质的方法和装置，提供基于木质纤维素生物质，加入能够溶解木质素的第一溶剂即碱性溶剂从所述生物质萃取木质素，再加入能够溶解半纤维素的第二溶剂即酸性溶剂萃取木糖，然后萃取残留在生物质中的纤维素；木质素、纤维素、半纤维素都能够分离出来，但是本工艺中使用稀酸处理时， 半纤维素未降解为戊糖，而是以低聚物的形式存在；使用高浓度酸时，虽然戊糖的回收率高，但是生成糠醛的量相对也高，因此，操作过程对酸碱度的要求比较苛刻。同时分离木质素的过程中所用碱液浓度比较高，对木质素的活性破坏比较大，分离出来的木质素只能用作蒸汽锅炉或电厂锅炉的燃料，或者通过降解处理用作废化学品，附加价值低。 

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在综合利用半纤维素、木质素和纤维素时，不能同时得到较高的半纤维素和纤维素提取率的问题，从而提出了一种木质纤维素生物质的综合利用方法。 

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，其特征在于该方法包括以下步骤： 

(a)碱解：用碱溶液处理木质纤维素生物质，从而提取木质素；