[发明专利]脱除木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱除木质素的方法。

背景技术

燃料乙醇是以生物质为原料通过生物发酵等途径获得的、可作为燃料用的乙醇，是一种环境友好且可再生能源。目前，燃料乙醇的生产原料主要以糖质和淀粉质作物为主，即第一代燃料乙醇技术，其工艺流程一般分为4个阶段，即液化、糖化、发酵、精制。但是一代燃料乙醇技术存在着“与人争粮，与粮争地”的缺点。因此，近年来，以农业废弃物秸秆，即木质纤维素为原料的二代燃料乙醇技术引起了各国科学家的关注。与一代技术相比，二代燃料乙醇技术首先应进行预处理，即脱除木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率；待原料分解为可发酵糖类后，再进行发酵、蒸馏和脱水。目前，木质纤维素预处理方法(即脱除木质素的方法)大致可分为物理法、化学法及生物法。

物理法主要通过机械粉碎、微波、蒸汽爆破等手段破坏木质纤维素结构，该法存在耗能高、设备费用高等缺点。微波是一种波长在1mm～100cm范围内(频率300MHz～300KMHz)的电磁波，可使纤维素的分子间氢键发生变化，可提高纤维素的比表面积可及性，提高纤维素酶水解效率，但上述通过将微波作用于木质纤维素结构的微波处理方法仅能部分破坏木质纤维素结构，使之更为疏松，无法去除木质素。

化学法为采用化学试剂(如酸法、碱法)水解半纤维素或脱除木质素，达到破坏木质纤维素结构的目的。碱法预处理(碱处理)为采用NaOH、KOH、Ca(OH)₂和氨水等处理木质纤维素原料，去除木质素，是目前应用最广泛的方法。碱处理的主要缺点在于NaOH、KOH的成本较高且不易回收，废液会造成环境污染；Ca(OH)₂和氨水的条件温和，易于回收，但预处理时间过长。化学法由于过程操作简单、耗能低、效果明显等优点得到了广泛应用，但其溶剂消耗大，需要投入更多的费用用于环境污染治理等缺点。

生物法为采用可分解木质素的微生物，除去木质素以破坏其对纤维素的包裹功能，具有反应条件温和、能耗低、选择性高，环境污染小，处理成本低等优点，但存在微生物种类少，分解酶活力低，反应转化周期长等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理周期短、处理能力与效率高的脱除木质素的方法。

为实现上述目的，提供一种脱除木质素的方法，包括如下步骤：步骤1，对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液；步骤2，将原料颗粒被除去木质素后剩余的固体颗粒与水解液进行固液分离。

根据本发明，在进行步骤1之前，用碱性溶液浸没原料颗粒10-30min。

根据本发明，微波处理包括交替地开启和关闭作用于碱性溶液和原料颗粒的微波；其中，微波持续处于开启状态2-15min，微波持续处于关闭状态5-10min，微波的功率恒定、并位于200-1000w的范围内。

根据本发明，在进行微波处理的过程中，以执行一个开启和一个关闭为一个周期，在执行2-5个周期后，持续地对固体颗粒与部分水解液进行固液分离，并持续地补入碱性溶液以持续进行碱处理。

根据本发明，步骤1中的微波处理持续0.5-3h。

根据本发明，碱性溶液为氨水溶液。

根据本发明，还包括如下步骤：从在微波处理过程中分离出的水解液中分离氨气。

根据本发明，还包括如下步骤：利用分离出的氨气制备氨水溶液，并将制备后的氨水溶液作为补入的碱性溶液。

根据本发明，以2-10L/(kg原料颗粒·min)的速度补入碱性溶液。

根据本发明，还包括如下步骤：从分离出氨气后的水解液中分离出木质素。

根据本发明，原料颗粒的粒度范围为40-100目。

根据本发明，氨水溶液的质量百分比浓度为5-30％。

根据本发明，在进行步骤1之前，将原料颗粒置于反应器中，并以2-10L/(kg原料颗粒·min)的速度注入碱性溶液。

根据本发明，原料颗粒为秸秆的颗粒。

根据本发明，秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆或高粱秸秆。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：