[发明专利]一种提高木质纤维素原料酶解效率和木质素回收率的方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素原料预处理及分离技术领域，特别是涉及一种提高芦竹纤维原料酶解效率和木质素回收率的方法。

背景技术

随着化石能源的日益短缺以及温室效应所带来毁灭性灾难的出现，采用可持续的、可再生的糖类农作物或木质纤维原料或藻类生物质来生产生物燃料乙醇替代化石燃料越来越受到人们的重视。燃料乙醇可通过多种木质纤维原料如玉米秸秆、能源植物、甘蔗渣等农林废弃物或玉米、甘蔗等农作物或藻类发酵获得，在缓解石油资源短缺、改善生态和环境质量等方面起着重要的作用。

二代燃料乙醇以木质纤维为原料，原料来源广泛、技术成熟，具有广阔的应用前景。木质纤维原料主要是由纤维素、木质素以及半纤维素组成。这三大组分结构复杂，且三者相互交织，形成了植物天然的抗降解屏障。而有效的预处理可以打破生物质天然的抗降解屏障，提高酶解、糖化效率。因此，燃料乙醇的生产通常经过两步：一是通过预处理将可再生生物质水解形成糖类；二是糖类经酵母菌发酵生产生物乙醇。

常用的生物质预处理化学法有酸处理、碱处理、臭氧分解、氨纤维爆破、氨循环渗透预处理、离子液体溶解等。其中，离子液体预处理是一种相对较新的预处理技术，其主要优势在于试剂低毒，原料适应性广泛，被认为是最有发展前景的预处理方法之一。离子液体是一种在室温下熔融的盐，100％由阴离子和阳离子组成，具有良溶剂性、强极性、不挥发、难被氧化、对水和空气稳定及组成可设计性等优良性能。在诸多离子液体中，1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Emim][OAc]被认为是预处理效果最好的离子液体。然而，[Emim][OAc]高昂的价格(90RMB/g)阻止了其进一步工业化利用。

降低离子液体预处理成本途径之一是尽可能采用价格较低的工业化离子液体如1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[Bmim]Cl，并通过加酸催化来提高的[Bmim]Cl的酶解效率。液体酸如HCl，H₂SO₄等催化离子液体预处理原料具有良好的效果。降低离子液体预处理成本的另一途径是回收木质素副产物。离子液体能部分溶解木质素，如专利申请号为CN201410586525.8、CN201410551903.9、CN201110059319.8等所公布的方法。目前离子液体木质素回收方法有溶剂分离、两相萃取、膜过滤等。对于丙酮分离方法，得到丙酮木质素溶液以后一般采用丙酮在自然环境中挥发促使木质素析出的方法。

然而上述现有技术至少存在以下缺点：现有的酸催化离子液体预处理用于提高纤维原料酶解效率时，强酸危险性高，对反应器的耐腐性要求较高，且预处理后酸解液需要用大量的碱中和，存在回收困难等难题。两相萃取及膜过滤回收木质素成本高，而常温条件下离子液体与木质素形成的氢键不易被破坏，导致丙酮分离效率低，并且丙酮为在自然环境下挥发，挥发时间长，丙酮基本无法回收使用。丙酮挥发至空气中，严重危害工作人员的身体健康。因此急需开发一种新的提高纤维素原料酶解效率和木质素回收率的方法。

发明内容

为了解决现有技术的问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种提高木质纤维素原料酶解效率和木质素回收率的方法，所述方法包括：

(1)将木质纤维素原料粉碎，形成粒度为80～100目的颗粒状原料；

(2)将所述颗粒状原料溶于离子液体中，得到木质纤维素原料的离子液体浆液，所述的原料与离子液体的质量比例为1:10～30，溶解时间为2～4h，溶解温度为90～150℃；

(3)加入粒径为14目至35目的固体酸于所述木质纤维素原料的离子液体浆液中进行催化反应，得到木质纤维素原料离子液体混合浆液，所述混合浆液中固体酸的质量百分比分数为1％至3％，催化温度为90～150℃，催化时间为0.5～1.5h；

(4)将步骤3)中反应得到的混合浆液倒入1至5倍，优选为3倍体积的反相试剂再生，离心，获得粗再生木质纤维素原料和离子液体木质素溶液；

(5)将所述粗再生木质纤维素原料用热水洗涤4-6次，干燥，得再生木质纤维素原料及固体酸，然后采用60目～80目的筛子进行筛分，以回收固体酸；

(6)将所述离子液体木质素溶液在50至70℃下加热搅拌一段时间后，减压蒸馏，回收反相溶剂，离心，得木质素粗提物，对离心得到的液体继续再减压蒸馏回收离子液体；

(7)将步骤6)中得到的所述木质素粗提物经1至5次去离子水洗涤，沉淀，过滤，干燥，得到木质素粉末。