[发明专利]一种降解植物生物质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质技术领域，尤其涉及一种降解植物生物质的方法。

背景技术

以石油为代表的化石资源日益枯竭，生物质作为未来替代资源而备受关注，其潜在的应用包括制备可再生能源以及合成高附加值化学品。在生物质中，植物生物质是地球上最丰富、最廉价的替代能源资源，年可再生总量为超过850亿吨。植物生物质指主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的草本和木本植物，又称木质纤维素，如农作物废弃物（例如秸秆、蔗渣、稻壳）、林产废弃物（如树皮、果核壳、木屑）和能源作物（例如芒草、皇竹草）等。

作为植物生物质的主要载体，农林业废弃物的年产量巨大，包括农作物废弃物、草类、木屑等，它们难以被高附加值利用，大部分被直接焚烧，造成了空气的严重污染，同时也是对该类资源的巨大浪费。植物生物质虽然种类繁多，但其基本特征是均由纤维素、半纤维素与木质素构成，不同种类植物生物质三种物质相对的含量、分子量与结构均有差异。纤维素、半纤维素和木质素均是由植物生物质把二氧化碳与水经过光合作用转化而来的，是自然界碳循环的重要过程，也是被活化的碳资源，经过合适的转化可以用来制备多种化学品、能源和材料，故发展以植物生物质为原料的新型化学品与能源的转化方法对未来至关重要。

开展以植物生物质为原料合成化学品与能源的方法有很多，目前其中一个主要的方法和研究方向是把纤维素、半纤维素和木质素进行分离，而后再进行分别的转化与利用。如传统的造纸过程就是把木质素与纤维素和半纤维素分离的过程，其转化效率较低、而且对环境的污染也严重。另一个主要的植物生物质转化能源的方向是热化学转化，主要包括气化、热解与液化。但此方法通常要求温度较高，如气化通常要求温度在800℃以上，而热解与液化通常要求的温度也在600℃以上，能耗高。同时，用于在热化学转化过程中生物质的部分氧化是个关键，故生物质中的部分碳资源不可避免地被转化为了CO₂，造成了碳资源的损失。故发展较低温度下生物质的解聚目前仍是个挑战。

植物生物质之所以难以被解聚与降解的主要原因是其复杂的超级结构：纤维素与半纤维素和木质素间存在复杂的化学链接与氢键网络。半纤维素与木质素的存在会阻止纤维素降解的顺利进行。如果能够找到一种可以直接溶解植物生物质的体系或者能够有效破坏这种复杂结构的化学反应体系，将会使得利用变得相对简单与可行。

室温离子液体是20世纪90年代末期以后发展起来的一类新型的绿色溶剂，其基本特征是在室温或者较低的温度下以液体的形式存在，且体系中的物质均以离子的形式存在，通常的离子液体的阳离子是不对称结构的有机阳离子，阴离子可以是有机的，也可以是无机的。室温离子液体具有很强的溶解能力与稳定性，美国阿拉巴马大学的Rogers等人发现（J.Am.Soc.Chem.2002,124,4974），在室温离子液体中纤维素可以以分子的形式被溶解，随后他们发现甚至木粉也可以在室温离子液体中被分散，证明植物生物质中的纤维素、半纤维素与木质素均可在室温离子液体中溶解，这些研究为发展植物生物质的低温解聚与转化提供了很好的研究基础。但是室温离子液体非常昂贵，造成采用室温等离子体进行植物生物质的转化需要消耗较高的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降解植物生物质的方法，该方法操作简单，反应条件温和，成本低。

本发明提供了一种降解植物生物质的方法，包括：

以氯化锌熔融盐为溶剂，采用酸性催化剂水溶液催化降解植物生物质，得到单糖化合物和木质素。

优选的，所述植物生物质与氯化锌熔融盐的质量比为（0.5～4.0）:10。

优选的，所述酸性催化剂水溶液的摩尔浓度为0.5mol/L～5mol/L。

优选的，所述酸性催化剂水溶液与植物生物质的质量比为（0.12～0.32）:1。

优选的，所述氯化锌熔融盐与由氯化锌熔融盐、酸性催化剂水溶液和植物生物质组成的体系中总水量的质量比为（1～3）:3。

优选的，所述催化降解的温度为80℃～110℃。

优选的，所述催化降解后还包括向所述催化降解得到的反应液中加入冷水淬灭反应；

将所述淬灭后的反应液进行萃取分离，得到水相和萃取相，所述水相包括单糖化合物，所述萃取相包括木质素。

优选的，所述萃取分离的萃取剂为乙酸乙酯。

优选的，所述萃取剂与所述反应液的质量比为（0.5～1.5）:1。

优选的，所述植物生物质包括纤维素、半纤维素和木质素。