[发明专利]一种玉米秸秆的电化学预处理技术制备还原糖的方法

说明书

本发明提供的一种玉米秸秆的电化学预处理技术制备还原糖的方法,利用电化学预处理技术制备还原糖，其中，使用NaCl溶液作为电解液，随着电解进行，电解液在电极表层的电催化作用下，氧化电解液中的Cl^‑使其成为氧化性极强的活性物质，即次氯酸和氯气等，在电化学系统中，有效地破坏木质纤维素结构，对秸秆酶水解有显著的促进作用；同时能直接对纤维素和半纤维素进行氧化降解，最终产生还原糖；本发明的工况条件可产生适宜的pH环境，产生的还原糖可直接用于发酵生产沼气及燃料乙醇，简化了工艺流程，提高了玉米秸秆能源化利用的经济性。

技术领域

本发明涉及玉米秸秆的能源化利用领域，特别涉及一种玉米秸秆的电化学预处理技术制备还原糖的方法。

背景技术

作为全球农业生产大国，中国农作物秸秆资源十分丰富，如果将秸秆能源化利用不仅能够解决能源稀缺和浪费问题，也可以改善农村生态环境。根据统计及估算，我国2011-2015年期间农村的秸秆量约8亿吨，但由于收集损失及其他利用方式的竞争，可收集并能源化利用的约为7.15亿吨标准煤。而实际情况是，目前我国生物质资源的能源化利用量为1亿吨标准煤左右，仅占可利用总量的15％左右。而玉米秸秆作为生物质能源的主要代表，其含碳量在40％以上，具有很大利用前景。秸秆中的有机成分以纤维素、半纤维素和木质素为主，其中木质素在自然界中的总量仅次于纤维素，是第二大天然高分子有机化合物，如何实现其资源化利用对提升我国生物质能源的资源化利用水平有很重要意义。

木质素的化学结构复杂，它是由苯丙烷单元通过碳-氧醚键和碳-碳键连接而成的复杂的无定形高聚物。由于木质素机构很难被微生物降解，因此它是植物细胞壁中惰性最强的部分。木质素的含量越高，细胞壁对化学物质和酶解作用的抗性也就越强。对玉米秸秆进行预处理的主要目的是打破秸秆木质纤维素结构，释放出被木质素包括着的纤维素。木质素的降解方法有许多文献报道，如醇解、酸解、热解、电催化降解和酶降解方法等。目前在工业上主要采用酸碱法和蒸汽爆破法。前者需要大量的稀酸或碱，对环境的污染和破坏较严重，增加了后续处理的难度，较难符合日益严峻的环保要求；而后者处理的木质素处理不完全，影响纤维素后期酶法水解。另外对于发酵方式，其产气周期长，效率并不高，且会残留部分原料结壳，现实问题较多。因此采用更有效的、环境友好的方法降解木质素，便于后续资源化利用，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玉米秸秆的电化学预处理技术制备还原糖的方法,解决了现有的对玉米秸秆进行工业处理时,存在的木质素处理不完全，影响纤维素后期酶法水解或对环境的污染和破坏较严重的问题.

为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种玉米秸秆的电化学预处理技术制备还原糖的方法,包括以下步骤：

步骤一，将玉米秸秆原料粉碎制备得到玉米秸秆木质素原料；

步骤二，将步骤一中得到的玉米秸秆木质素原料和浓度为1.5～3.0g/L的氯化钠溶液进行混合，加入到电解反应器中进行搅拌，形成木质素混合液，其中，每300g的氯化钠溶液中加入有5～10g玉米秸秆木质素原料；

步骤三，将步骤二中得到的木质素混合液加热至30～50℃后，恒温进行匀速搅拌并进行恒电流电解，直至溶液中的还原糖浓度不再增加时，反应结束，得到含有还原糖的混合液；

步骤四，将步骤三中得到的含有还原糖的混合液取出置于水解反应器中，同时向水解反应器中加入酶解液，之后，将该反应器置于水浴摇床中，进行水解反应，其中，每10～25g的预处理后木质素原料中加入1000ml酶解液；

步骤五，当步骤四中得到的溶液的PH值为6.0～7.0时停止反应，经过滤除去残渣，得到溶解在溶液中的还原糖。