[发明专利]一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法

说明书

本发明涉及一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法。该方法能够有效增强木质纤维素的酶解效率，特别的，提高了半纤维素糖单体的回收，提升了总糖收率。该方法具备成本低廉，可操作性强，能耗小，环境友好等诸多优势。

技术领域

本发明属于生物质炼制技术领域，具体涉及一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法。

背景技术

以木质纤维素原料生产生物基燃料和化学品的生物炼制路线可以有效替代日益匮乏的石油资源，降低温室气体排放和环境污染。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中，在生物质转化工艺中，纤维素和半纤维素可以分别通过酶解作用降解为葡萄糖和木糖等单糖，进而被微生物利用转化为多种平台化合物。然而，由于木质纤维素结构较为复杂，纤维素表面有木质素和半纤维素包裹，分子内和分子间存在氢键，其高度结晶化的结构难以直接被纤维素酶分解糖化，这成为了木质纤维素高效利用的主要瓶颈。

多种预处理方法可以对木质纤维素进行预处理，以去除包裹在纤维素内的木质素和半纤维素，并且将纤维素三维结构破坏，使得纤维素充分暴露，从而进一步增加纤维素酶的结合位点，提高纤维素的酶水解效率。传统的木质纤维素预处理方法存在问题和技术瓶颈，例如酸碱法等，造成大量含有酸碱的污水排放和环境污染；水热法和有机溶剂法尽管消除了酸碱废水排放带来的环境污染问题，但较高的预处理温度对预处理设备要求较高；此外，有机溶剂的回收和再利用也消耗了大量的能量。相比之下，离子液体由于超强的溶解能力和可设计性，是木质纤维素预处理研究的热点方向之一。常用于木质纤维素预处理的离子液体主要为以咪唑和嘧啶类为基础的离子液体，其成本较高，易造成环境危害。该类离子液体不可再生，对水分的较为敏感，因此其回收能耗较高。

因此，目前亟需研究开发一种安全、绿色、对水分不敏感、生产及回收成本较低的用于木质纤维素预处理的试剂及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法。该方法能够有效增强木质纤维素的酶解效率，尤其能够提高半纤维素糖单体的回收，提升总糖收率。该方法成本低廉，可操作性强，能耗小，环境友好。

为此，本发明第一方面提供了一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法，其包括：

步骤A，将木质纤维素原料与碱性低共熔溶剂混合均匀，制得固液混合物；

步骤B，对所述固液混合物进行热处理，制得预处理混合物；

步骤C，将所述预处理混合物冷却，进行固液分离，得到固相预处理纤维素渣；其中，所述碱性低共熔溶剂包含氢键受体和氢键供体。

本发明中，所述氢键受体包括胆碱、甜菜碱和带有正电荷并能够与带负电羟基结合形成配位键的盐类物质中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述胆碱包括氢氧化胆碱和/或氯化胆碱。

在本发明的一些实施例中，所述甜菜碱包括氢氧化甜菜碱和/或氯化甜菜碱。

在本发明的又一些实施例中，所述盐类物质包括氯化三甲胺、氯化四丁基胺、溴化四乙基胺和溴化三苯基磷中的一种或多种。

本发明中，所述氢键供体为带有羟基和氨基的弱碱性物质。

在本发明的一些实施例中，所述氢键供体包括甲醇胺、乙醇胺、正丙醇胺、异丙醇胺、3-氨基-1,2-丙二醇、2-氨基-1,3-丙二醇、2-氨基-1-丁醇、4-氨基-1-丁醇和正戊醇胺中的一种或多种。

根据本发明方法，在所述碱性低共熔溶剂中，氢键受体和氢键供体的摩尔比的范围在1:20-20:1。

根据本发明方法，所述碱性低共熔溶剂为稳定的均一相态，pH大于7，且在 50℃以下时为液态。