[发明专利]一种环保高效的生物质木质素分离促进酶水解方法

说明书

本发明公开了一种环保高效的生物质木质素分离促进酶水解方法。该方法包括如下步骤：a.将粉碎后的木质纤维原料预浸泡于增溶剂溶液中；b.将上述溶液转移到蒸煮反应器中进行反应；c.将反应后的黑液回收，固体残渣采用低浓碱液和清水进行洗涤，得到富纤维素部分；d.黑液进行稀释沉淀，过滤得到增溶木质素；e.稀释后的黑液进行蒸发浓缩回用，固体残渣酶解后得到高得率葡萄糖。本发明利用增溶剂有效的将生物质原料中的木质素分离出来，并得到木质素含量较低的富纤维素材料，具有木质分离效率高、工艺简单、溶剂可循环利用，环境无污染等优点。

技术领域

本发明涉及天然木质纤维原料利用技术，特别涉及一种从木质纤维原料中分离木质素并促进富纤维素部分酶解效率的方法。

背景技术

石油等传统能源的不可再生与未来枯竭的问题，随着工业经济高速发展日益严峻。天然生物质原料是一种储量丰富的可再生资源，价格低廉，用于转化生产可再生能源，能够减少环境污染，缓解能源压力，受到国内外广泛重视。

生物质原料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。由于生物质天然物理化学结构，尤其是在生物燃料生产过程中木质素的存在能够阻碍酶水解过程，因此，生物质燃料直接用于制备生物基能源和化学品，其利用效率不高，通过分离技术，将其天然组分进行有效分离，能够大大提高其综合利用价值。除了纤维素以外，木质素是天然生物质原料仅次于纤维素的中重要的天然高分子聚合物，包含多种活性官能团如酚羟基、醇羟基、甲氧基、羧基等，木质素在生物基材料和化学品等领域具有很高的应用价值。

现有的生物质原料分离技术存在的问题包括试剂或产生的副产物对环境影响较大、工艺条件对设备要求较高等。本发明方法能够高效的分离并回收木质素，富纤维素部分更易酶水解获得高得率葡萄糖单糖。

发明内容

本发明为了解决传统生物质原料分离方法对环境污染大，分离效率低，木质素回收复杂，设备要求高的问题，提供了一种绿色高效的分离生物质木质素和富纤维素部分的处理方法。

为了解决上述问题本发明采用了如下技术方案：

一种环保高效的生物质木质素分离促进酶水解方法，包括如下步骤：

（1）将生物质原料进行粉碎，干燥；所述生物质原料包括桉木、桦木、毛竹、蔗渣、玉米秸秆、芦苇中的一种以上；

（2）将步骤（1）得到的原料加入到二甲苯磺酸钠盐水溶液中，固液比为 1:8-1:10（W/V），预浸泡0.5-1h，转移到蒸煮反应釜中，控制温度在150-170℃之间，保持1-5h，得到蒸煮黑液和固体残渣；所述固体残渣为富纤维素；所述黑液中包括半纤维素（如木糖等寡糖）、糠醛和乙酸；所述半纤维素为木糖；

（3）步骤（2）得到的固体残渣先采用低浓碱液进行清洗后，再用蒸馏水进行洗涤，干燥；然后进行纤维素酶水解，酶解温度为50℃，酶用量为20 FPU/g，pH为4.8~5.0；

（4）对步骤（2）中得到的黑液加入蒸馏水进行稀释，沉淀，过滤分离，得到木质素水洗干燥，黑液中的半纤维素（如木糖等寡糖）、糠醛和乙酸通过膜分离获得。

上述方法中，步骤（2）中，二甲苯磺酸钠水溶液通过加入甲酸或氢氧化钠，调节pH值为2-12之间，能够得到不同物理化学性质的木质素产品。

上述方法中，步骤（3）中，碱液的质量百分比浓度为5%-10%，清水洗涤的标准为，清洗固体残渣的滤液变为无色。

上述方法中，步骤（4）中，黑液重复利用多次，直至溶液中木质素最大容量为300-350g/L，分离木质素后的稀释黑液浓缩回用。

上述方法中，步骤（4）中半纤维素（木糖等寡糖）、糠醛和乙酸等碳水化合物通过膜分离技术进一步回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：