[发明专利]耦合预处理生物质快速热解制备左旋葡聚糖的方法

说明书

本发明提供一种耦合预处理生物质快速热解制备左旋葡聚糖的方法，包括：将生物质原料与碱液混合，进行碱预处理，得到碱预处理产物；将碱预处理产物进行固液分离，得到固体滤渣，将固体滤渣与芬顿试剂混合，进行芬顿预处理，得到芬顿预处理产物；将芬顿预处理产物进行固液分离，得到滤渣，将滤渣水洗至中性，烘干后得到耦合预处理产物；将耦合预处理产物快速热解，冷凝热解挥发产物，得到含左旋葡聚糖的生物油。本发明方法，先进行碱液预处理，主要脱除生物质中大量木质素，再进行芬顿预处理，主要打断纤维素和半纤维素，以及纤维素和纤维素之间的糖苷键，降解部分半纤维素，最终形成多孔短链纤维素富集的底物，能够产生更高的左旋葡聚糖得率。

技术领域

本发明属于林业生物质生物降解和转化技术领域，具体涉及一种耦合预处理生物质快速热解制备左旋葡聚糖的方法。

背景技术

生物质作为一种可再生的资源，可以通过多种技术生产高价值的化学品和液体燃料，如快速热解，酶水解，气化和液化等。在这些技术中，快速热解技术能够将生物质在较短的时间内转化为化学品，如左旋葡聚糖等。目前，左旋葡聚糖主要来自纤维素的快速热解，它可通过多种分离方法从热解生物油中提取，例如溶剂提取，分子蒸馏和膜过滤等，此外，它还可以被直接转化为液体燃料。高纯度左旋葡聚糖大约100美元/克(Sigma公司)，广泛用于环境监测，免疫抑制剂，高档酒类添加剂和基因工程等。而且，生物油中高浓度的左旋葡聚糖可直接用于生产燃料乙醇和高附加值的酸，例如柠檬酸和苹果酸等。

但是，目前生物质直接热解只能产生少量的左旋葡聚糖，主要有以下三个抑制因素：(1)木质素与碳水化合物之间的相互作用组成了木质纤维素天然抗性；(2)不同的化学组成造成了复杂的热解产物分布；(3)碱和碱土金属可催化分解大量的挥发性组分变化不冷凝气体。近年来，研究发现木材生物质经过微波，有机溶剂，酸和碱等预处理可以克服上述的不利因素，提高生物质热解左旋葡聚糖。但是，这些预处理过程在低浓度或低功率条件下，也难以实现较高左旋葡聚糖转化，若提高处理条件，将增加能耗并可能产生一定的环境污染问题。因此，有必要探索经济高效的木材生物质精制工艺，以实现最大的左旋葡聚糖产量和最低的经济成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种耦合预处理生物质快速热解制备左旋葡聚糖的方法，具有高左旋葡聚糖得率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种耦合预处理生物质快速热解制备左旋葡聚糖的方法，包括以下步骤：

步骤1)将生物质原料与碱液混合，进行碱预处理，得到碱预处理产物；

步骤2)将所述碱预处理产物进行固液分离，得到固体滤渣，将固体滤渣与芬顿试剂混合，进行芬顿预处理，得到芬顿预处理产物；

步骤3)将所述芬顿预处理产物进行固液分离，得到滤渣，将滤渣水洗至中性，烘干后得到耦合预处理产物；

步骤4)将所述耦合预处理产物快速热解，冷凝热解挥发产物，得到含左旋葡聚糖的生物油。

作为本发明实施例的进一步改进，所述生物质原料为软木、硬木或禾本科。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤1)中，生物质原料与碱液的固液比为1/10-1/40w/v；所述碱液的浓度为1-3％。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤1)中，碱预处理的反应温度为0-50℃，反应时间为1-4h。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤2)中，芬顿试剂包括FeSO₄·7H₂O和30％H₂O₂。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤2)中，芬顿预处理在弱酸、常温和常压条件下进行。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤3)中，烘干温度为105℃，烘干时间为12h。