[发明专利]一种催化热裂解提取木质素并制备发酵用糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工与生物能源领域，具体涉及通过催化热裂解技术高效提取木质纤维素中的木质素，并且将处理后的残渣进行酶解糖化，实现木质纤维素全组分高值化利用。

背景技术

近两百年来人类社会的快速发展是建立在对煤、石油、天然气等不可再生的化石资源的开发利用上。但随着化石资源的日渐消耗以及环境污染等问题的日益严重，开发利用可再生资源以实现人类社会可持续发展成为亟待解决的问题。生物燃料与生物化工产品作为可以从生物质得到的产品受到了广泛关注。木质纤维素生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。据估算，年总产量高达1×10¹⁰Mt。若能够有效利用，既能解决能源问题，也能改善生态环境，实现大自然良好的碳循环。

木质纤维素构成了植物的细胞壁，对细胞起着保护作用，它主要由纤维素、半纤维素和木质素3部分组成。目前，纤维素与半纤维的利用已经日趋成熟，但作为仅次于纤维素的第二大天然高分子物质的木质素应用却发展较慢。木质素是由苯丙基烷结构单元通过碳—碳键连接而成的高分子化合物，木质素很难分解，无法形成可发酵性糖类。但由于木质素分子结构当中含有大量的芳香环结构，分子内及分子间又有许多氢键，使得大多数分离木质素具有非常好的热稳定性，因此也具有广泛的应用前景。目前商业获取的木质素主要是通过化学制浆从植物纤维中分离，再从造纸黑液中获得。商业上主要有碱木质素和木质素磺酸盐两种。碱木质素主要来源于硫酸盐、纯碱、烧碱等碱法制浆黑液，一般能够溶于碱性介质，反应活性较好。木质素磺酸盐由亚硫酸法制浆获得，木质素磺酸盐具有较好的水溶性和广泛的应用用途。目前木质素的提取应用主要有：分离提取后应用和黑液浓缩蒸发应用。目前已应用到高分子材料、石油化工、建筑、农牧业等诸多领域。

但由于制备工艺等原因，大多数商业木质素的纯度底、质量差，且环境污染等问题突出。例如，碱木质素制备过程中，需要分阶段且需要的温度较高，同时在进行酸沉降时需要消耗较多酸产生大量盐。木质素磺酸盐制备过程中需要大量的亚硫酸盐，蒸煮过程中会产生大量有毒气体，污染环境。

溶剂法分离木质素具有绿色环保无污染，所得木质素分子中不含硫、分子量低、反应活性高、灰分低、纯度高等优点，因此该方法越来越受到国内外学者的青睐。而溶剂法通常会使用酸进行催化，且处理温度较高。同时会产生部分糖附着在木质素上影响木质素质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种催化热裂解高效提取木质素并制备发酵用糖的方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种催化热裂解提取木质素并制备发酵用糖的方法，包括如下步骤：

(1)将木质纤维素粉碎，烘干；

(2)将碱性钠盐或钾盐、有机溶剂与水混合得到反应液，其中，碱性钠盐或钾盐的质量分数为1％～10％，碱性钠盐或钾盐的质量分数优选为5％；有机溶剂的体积分数为30％～70％,有机溶剂的体积分数优选为40％～60％，最优选40％；所述的碱性钠盐或钾盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或几种的混合物，优选碳酸钠；

(3)将木质纤维素与步骤(2)得到的反应液按照固液比为1g:5ml～1g:20ml混合均匀，投入反应釜中反应；

(4)分别收集反应釜中的液态物料和固态物料，将固态物料洗净并烘干；

(5)回收步骤(4)得到液态物料中的有机溶剂，再用酸调节液态物料的pH为2，使木质素沉淀，回收木质素；

(6)将步骤(4)收集的烘干的固态物料置于柠檬酸缓冲液中，向其中加入里氏木霉纤维素酶和木聚糖酶，进行酶解，得到葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的混合溶液。

步骤(1)中，木质纤维素粉碎后的粒径为5目～40目，木质纤维素粉碎后的粒径优选10目。

步骤(2)中，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或二氧六环中的一种或几种的混合物，优选甲醇或四氢呋喃。

步骤(3)中，反应条件为温度70～130℃，温度优选110℃；时间30min～120min，。

步骤(5)中，所述的酸为硫酸。

步骤(6)中，所述柠檬酸缓冲液的浓度为50mM，pH为4.0～5.0，pH优选为4.8。

步骤(6)中，烘干的固态物料与柠檬酸缓冲液的比例为1g:5ml～1g:50ml，优选1g：10ml。