[发明专利]一种生物质预处理的方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种生物能源的生产方法，尤其是涉及一种生物质预处理的方法，其利用气候条件冰冻预处理农作物秸秆和木屑及杂草。

二、背景技术：

背景技术中，实现生物质中纤维素、半纤维素有效水解的生物质预处理技术是目前生物质发酵生产乙醇的关键。目前缺少一种廉价、少污染、温和条件下的适合大规模预处理的方法。

气爆技术的能耗高，酸碱处理不仅设备成本高，次生污染严重，既污染环境又产生抑制乙醇发酵的有毒物质。生物法耗时长，效果差。

木质纤维素乙醇燃料生产急需一种能够显著降低生物质预处理成本，排除因为预处理而加入或者新生的抑制乙醇发酵微生物作用的物质的预处理新技术。 

冻融技术广泛应用于细胞破壁。室内人工冻融技术可以促进酶解秸秆中纤维素、半纤维素成为单糖。

这样的预处理不需要高温和有机溶剂，避免了木质素二次和纤维素的再结合和自身重新凝聚，对预处理设备的耐酸耐碱要求低。但实现冰冻所需的人工制冷的能量消耗又增加了成本，限制了这一技术的大规模工业化应用。

我国东北、内蒙等地的冬季低温期长，对自然冰冻的工业利用一直不足。这些地区每年产生大量的生物质资源。

在冬季，林木和秸秆类生物质的常规堆放期间，由于生物质表面的蜡层阻止雨水浸入，冰冻仅仅出现在木屑和秸秆的破损表面，深层处甚至还会释放微生物发酵带来的余热。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种生物质预处理的方法，其能减少成本和环境污染，改进生物质乙醇发酵预处理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ：

一种生物质预处理的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将生物质清除异物，洗净，粉碎成为粉末状；

（2）加入清水，自然冰冻；

（3）解冻：

（4）搅拌、研磨后加入酶或者其它水解剂水解纤维素和半纤维素；

（5）过滤，滤液用于乙醇发酵，滤渣为原木质素。

步骤（2）中，自然冰冻为气温条件。例如能够降到-20℃以下的地区的冬季气候条件。

步骤（3）中，解冻为自然解冻或者人工解冻。

生物质包括秸秆、木材或杂草。

预处理后的生物质用于所有生物质中纤维素、半纤维素和木质素产品的生产。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明不需要高压、高温和人工制冷。

2、本发明不产生造纸黑液和抑制酵母菌乙醇发酵的次生物质。

3、本发明可获得原木质素。

4、本发明适合大规模生产。

5、本发明成本低，使用简单方便。

四、具体实施方式：

本发明为一种生物质预处理的方法，具体工艺是：在冬季，在气温能够降到-20℃以下的地区，利用自然冰冻对秸秆等生物质进行大规模冰冻。在气温回升、自然解冻和人工解冻之后，开始进行生物质的酶解或其它方式的水解。以小麦秸秆为例：除去尘土、金属、塑料等异物后，切割秸秆成为碎片促进生物质吸水。放入耐低温的容器内，少量、多次加入清水并不断搅拌，直至秸秆不再吸水。在自然冰冻期间的初期，要继续进行适度搅拌。在春季到来后，冰冻的秸秆开始解冻，或者人工进行融解。解冻后的秸秆进入酶解阶段，或者用其它方法进一步水解。生物质包括所有的农作物秸秆、草、木材和纤维类植物。

 本发明的原理是：等体积的水结冰后体积会增大，冰冻消融后体积回缩。因此可用来破坏细胞壁。吸水后的植物秸秆、茎叶细胞在吸水之后会因内含物吸水出现吸胀，结冰之后因细胞内和周边的水结冰而体积的增大，冰冻融化后的体积会再次缩小，从而导致细胞壁和周边结构撕裂，木质素、纤维素和半纤维素形成的有机质的结晶结构受到破坏。和制浆造纸的脱木素相比，生物质乙醇发酵的预处理目的是要松弛生物质各组分之间的天然结构，为酶法水解其中的纤维素和半纤维素成为可以发酵生成乙醇的单糖提供条件，木质素可以在不影响多糖水解和发酵状态下继续留在水解液和发酵液中，直到最后进行回收利用。

实施例1：

将小麦秸秆粉碎成为粉末状，在水泥地面一边加入清水一边搅拌，直到秸秆粉末不再吸水为止，-20℃以下低温保持12小时，然后在室温下自然融化。在保温容器内对融化后的秸秆进行强力搅拌后，再加入纤维素酶和半纤维素酶的酶解。过滤后的滤液中含纤维素、半纤维素水解后的单糖，滤渣为原木质素。

实施例2：

将小麦木屑粉碎成为粉末状，放入到水池中吸水12小时，排除多余的水，在-20℃以下低温保持12小时，然后在室温下自然融化。再将融化后的秸秆进行搅拌，研磨成浆，再进入其后的酶解或其它方式的水解。