[发明专利]一种碳酸盐过氧化氢预处理木质纤维素类生物质的方法

说明书

本发明属于生物质的高效转化与利用领域，具体的说是一种碳酸盐过氧化氢预处理木质纤维素类生物质的方法。采用碳酸盐和过氧化氢组合液，在较低温度下对木质纤维素类生物质进行预处理。本发明方法采用的碱试剂为碳酸盐，比常用的氢氧化物(如氢氧化钠)容易回收，且过氧化氢为绿色氧化剂，其与碳酸盐的组合使用，可以提高木质素的脱除率，并使木质素的结构发生改变，从而使更多的纤维素暴露出来，获得较高的可发酵糖得率。

技术领域

本发明属于生物质的高效转化与利用领域，具体的说是一种碳酸盐过氧化氢预处理木质纤维素类生物质的方法。

背景技术

随着社会的发展和人类生活水平的提高，全球能源的需求越来越多，加重了能源问题和环境问题。可再生能源的开发和利用日趋受到重视，而生物质能源的开发与利用是解决能源、环境问题的最好途径之一，并且生物质能源的研究早已受到各国研究者的关注。生物质是地球上最丰富的可再生能源之一，全球年产量约为1.1×10¹¹吨。其中，木质纤维素生物质储量最丰富，且具有来源广泛(例如玉米秸秆、麦秆、稻秆等)和廉价易得等优点，被认为是生产生物燃料最具应用前景的原材料。然而，在漫长的进化过程中，木质纤维素生物质形成了天然抗降解屏障(复杂的高分子结构)来抵制微生物等的破坏作用。因此，开发经济、绿色、高效的预处理技术来增加木质纤维素中多糖的可及性，进而提高可发酵糖的得率，是实现木质纤维素制备生物燃料和化工产品的关键步骤。预处理方法通常分为物理法、化学法、生物法和复合方法等。

物理法预处理(Applied Energy,2015,142,240-246)包括剪切和研磨、微波处理和高能辐射等。物理法预处理可以减小木质纤维素生物质的原料尺寸，增加其比表面积，降低纤维素的结晶度，进而提高酶的纤维可及度，但其能耗高、经济性较低。生物预处理法(Energy Conversion and Management,2015,93,23-30)主要是利用真菌，包括褐腐菌、白腐菌和软腐菌等来降解半纤维素和木质素，使更多的纤维素暴露出来，以提高酶解效率。生物法预处理过程中处理时间较长，且处理后酶解得率一般较低。化学法预处理(Journal ofthe Science of Food and Agriculture,95,843-850)主要包括碱法、酸法、氧化法、离子液体法、有机溶剂法等。一般情况下，化学法预处理的效果要优于单一的物理法和生物法。但是，化学法预处理也存在不少问题，例如：酸法预处理对设备有腐蚀作用，且反应试剂会造成环境污染；氧化法处理过程中对氧化剂的消耗较大，成本较高；有机溶剂法溶剂挥发性大，且有腐蚀性和毒性作用等。复合预处理(Biotechnology Advances,2011,29,675-685)是指采用物理、化学、生物中至少两种方法联合进行预处理。例如，用超声或双氧水预处理后再用微生物法脱除木质素(Bioresource Technology,2009,100,903-908)、氨气爆破法(AFEX)预处理(Biotechnology Advances,2011,29,675-685)、过氧化氢辅助AFEX预处理(Energy Fuels，2014,28,6392-6397)、FPI磨浆辅助碱预处理(Bioresource Technology,2014,169,19-26)、双螺杆挤压辅助碱预处理(Biotechnology for Biofuels,2013,6,97)等。复合预处理方法效率优于单一的预处理方法，但其工艺更复杂，对设备的要求也更严格。