[发明专利]一种强化木质纤维素原料预处理效果的磨浆后处理方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及生物炼制与生物能源领域，具体的是一种强化木质纤维素原料预处理效果的磨浆后处理方法。

【背景技术】

木质纤维素原料是世界上最丰富的可再生资源之一，其结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，其中纤维素和半纤维素可以通过水解而用于以糖为平台的生物炼制过程。但是，纤维素被半纤维素和木质素通过共价键形成的网络结构紧密包裹起来，从而形成了一种顽固致密的结构。于是在生物转化木质纤维素原料之前必须对其进行预处理，来打破半纤维素与木质素的网络结构从而使纤维素暴露，并进一步降低纤维素的聚合度和结晶度，提高纤维素的酶可接触性及酶解效率。因此，预处理过程对于以木质纤维素为原料的生物炼制产业的发展起着至关重要作用。

木质纤维素的预处理方法主要分为物理法、化学法、生物法和物化法等。物理法主要包括机械处理、高温水热处理等方法，尽管这类预处理方法可以提高纤维素在酶解时的转化率，但是能耗较高且预处理效果有限而导致其不能广泛应用；化学法主要有酸处理、碱处理、有机溶剂预处理等方法，这些预处理方法能够有效促进纤维素的酶解效率，但是存在着严重的环境污染问题，并且污水处理成本较高；生物法预处理主要是利用白腐真菌类微生物降解木质素，从而提高纤维素的酶解效率，但是其处理周期很长、操作条件要求严格、过程易染菌，而且预处理效果一般。

目前，研究比较深入、应用最为广泛的木质纤维素原料预处理方法当属高温稀酸预处理和蒸汽膨爆预处理。但是预处理强度过高、能耗过大以及预处理过程中产生的大量对后续酶解和发酵产生强烈抑制作用的化合物的产生，都大大限制了这些预处理方法的推广和应用。

对于上述现有预处理方法中存在的技术不足，有必要开发一种快速、节能、高效，且成本低廉、操作简单的后处理方法，来强化预处理效果，从而降低预处理强度以及减少预处理过程产生的抑制物，进而提高木质纤维素的转化效率。同时，磨浆后的木质纤维素原料具有较好的流态化性能，可以通过泵进行输送，增加了过程加工效率，减少了预处理后原料染菌的风险。

【发明内容】

本发明目的在于克服现有木质纤维素原料预处理技术的不足，提供一种强化木质纤维素原料预处理效果的磨浆后处理方法，通过降低现有预处理方法的温度、压力或酸碱用量来降低预处理的强度，从而有效的降低预处理过程的能耗，减少预处理过程产生的抑制物含量，减少污染物对环境的影响。进一步通过磨浆处理强化预处理效果，降低预处理后物料的粒径尺寸，提高木质纤维素原料的酶解性，有利于对木质纤维素酶解产物的再加工。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种强化木质纤维素原料预处理效果的磨浆后处理方法，具体步骤为：

(1)将木质纤维素原料进行前处理，包括粗粉、除尘、除沙步骤；

所述的木质纤维素原料选自玉米秸秆、麦秆、稻秆、棉秆、油菜秆、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷或者麻风树籽壳、玉米芯及玉米芯工业残渣(制木糖、木糖醇或糠醛后的残渣)中的一种或几种混合物；

(2)将步骤(1)得到的木质纤维素原料进行预处理；

预处理采用的方法选自蒸汽膨爆预处理方法、高温稀酸预处理方法、高温SO₂预处理方法、氨纤维膨爆预处理方法、液氨循环渗透预处理方法、二氧化碳膨爆预处理方法、碱石灰预处理方法或者湿氧化法中的一种或几种组合方法。

预处理方法所用的设备为反应器；所述的反应器的釜体上安装有机械搅拌装置，机械搅拌装置包括外置马达以及组合搅拌桨，组合搅拌桨为螺带桨和刮底桨；螺带桨通过支撑杆固定在搅拌轴上，并自上而下盘旋在搅拌轴周边，构成框体；刮底桨固定在搅拌轴的底端，并且贴近釜体底部；刮底桨为桨式或者锚式桨。

(3)将步骤(2)得到的木质纤维素原料并在磨浆机上进行磨浆处理，进一步降低木质纤维素的粒径；磨浆的方法为利用磨浆机进行磨浆处理；待磨浆处理的物料加入水，调节其固含量为5～30％，此处的固含量是指固体物料(主要是木质纤维素原料)在磨浆体系中所占的质量百分数；磨浆过程不添加其它化学试剂；磨浆处理1～20次，每次时间为1～10min；磨浆处理后的木质纤维素浆液的粒径分布为0.001～1mm，优选为0.01～0.1mm。

磨浆处理所利用磨浆机类型包括：盘式磨浆机、柱式磨浆机以及锥式磨浆机。

(4)将步骤(3)得到的木质纤维素泥浆用于进行下一步的酶水解和发酵加工过程。

酶水解中采用的酶选自纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、木质素酶、酯酶或者果胶酶中的一种或几种混合酶；