[发明专利]一种促进生物质高效利用的预处理方法有效

专利信息
申请号: 202010264572.6 申请日: 2020-04-07
公开(公告)号: CN111304262B 公开(公告)日: 2022-05-27
发明(设计)人: 吉海瑞;傅晓童;董翠华;庞志强 申请(专利权)人: 齐鲁工业大学
主分类号: C12P7/10 分类号: C12P7/10;C12P19/14;C12P19/00;C12R1/865
代理公司: 济南泉城专利商标事务所 37218 代理人: 张冉冉
地址: 250000 山东省济*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 促进 生物 高效 利用 预处理 方法
【说明书】:

本发明公开了一种促进生物质高效利用的预处理方法。本发明包括以下步骤:将木质纤维素原料与对甲基苯磺酸溶液混合,加热,在恒温下以固定搅拌速度搅拌一定时间后,固液分离,得固体物料,固体物料为含有残留木质素的纤维样品;利用蒸馏水对残留木质素的纤维样品进行冲洗至对甲基苯磺酸被完全洗净,而后再依次进行短时超声处理、冷冻干燥,得充分疏解的纤维物料。本发明在温和条件下对木质纤维素原料进行预处理,各组分损耗较小,所得木质素可以进行高值化利用;而且,对被分离出来的纤维样品进行短时超声预处理又会使纤维素结构变得更加松散,而结构松散的纤维物料在酶解的时候接触面积大,酶解更充分,发酵也更好,乙醇得率更高。

技术领域

本发明涉及农林生物质再利用技术领域,尤其是涉及一种促进生物质高效利用的预处理方法。

背景技术

近年来,石化资源日益枯竭,且石油基产品的大量使用使得全球变暖、雾霾等环境问题日益突出。目前,木质纤维素资源是地球上最丰富的天然可再生资源,树木、农作物秸秆等资源极其丰富,因此,木质纤维素的衍生品是石油基产品最合适的替代品之一。但是,现有的木质纤维素结构复杂,存在利用困难、转化率低等问题,这就导致其利用成本居高不下。为了提高木质纤维素的高值化利用率,在利用之前大都需要首先对木质纤维素进行预处理。

当前木质纤维素的预处理有酸法预处理、碱法预处理、高温水热预处理和有机溶剂预处理等多种技术手段,但难以兼顾能耗、预处理效率、废液处理成本及环保性等问题,这在很大程度上限制了木质纤维素材料的利用。例如:CN105002232A公开了一种提高木质纤维素糖化效果的组合预处理工艺,该专利中公开了一种木质纤维素的预处理手段并对纤维素进行糖化应用,具体指出首先要通过碱/尿素溶液去除木质纤维素原料中的部分木质素和半纤维素成分,进一步利用超声预处理使木质纤维素结构变的更松散,大幅提高木质纤维素的糖化效率,但是该发明只考虑到纤维素的糖化,预处理过程对原料中的木质素和半纤维素破坏严重;CN104774876A公开了一种木质纤维素生物质综合利用的方法,该方法公开了一种木质纤维素生物质的预处理手段及综合利用方法,具体为:将木质纤维素粉碎后加入亚硫酸盐蒸煮,然后固液分离,将得到的纤维素固体进行糖化制乙醇,将液体干燥得到磺化木质素,实现木质纤维素的高效利用,但是预处理和应用过程复杂、操作繁琐,且预处理需要在高温下进行,能耗较高;CN110093172A公开的一种生物质材料的综合利用方法,该方法公开了一种生物质材料的预处理及应用的方法,具体为:在超临界条件下,利用复合金属催化剂、微波辅助将生物质材料转化为活性炭、富氢气体和液体燃料,但是该过程需要在高温高压下进行,耗能高,且处理过程中用到有机溶剂,会对环境产生不利影响。由此可见,目前所用生物质预处理手段仍然存在耗能高、收率低、催化剂不易回收等缺点,因此需要开发一种能耗低、得率高、所得各组分性能较好的木质纤维素预处理方法。

发明内容

为了弥补现有技术的不足,本发明提供了一种促进生物质高效利用的预处理方法。

一种促进生物质高效利用的预处理方法,包括如下步骤:将木质纤维素原料与对甲基苯磺酸溶液混合,加热,在恒温下以固定搅拌速度搅拌一定时间后,固液分离,得固体物料和液体物料,这一过程为前期处理;所述固体物料为含有残留木质素的纤维样品,利用蒸馏水对残留木质素的纤维样品进行冲洗至纤维样品中的对甲基苯磺酸被完全洗净,而后再对纤维样品依次进行短时超声处理、冷冻干燥,得充分疏解的纤维物料,该纤维物料结构较松散;所述液体物料主要包括半纤维素、纤维素降解产物以及被脱除的木质素,将液体物料依次进行加水沉淀、离心分离可得固体状的高值木质素。

优选地,所述对甲基苯磺酸溶液的浓度为60-80 wt %。

优选地,木质纤维素原料与对甲基苯磺酸溶液的质量比为5:50。

优选地,前期处理温度为70-80℃,搅拌速度为500-700 rpm,搅拌时间为15-60min。

优选地,所述短时超声处理过程为在去离子水中对纤维样品进行10-20 s超声处理,超声处理的温度为25-40℃。

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