[发明专利]一种基于超声波辅助DES预处理秸秆获得木质素的方法

说明书

本发明属于秸秆处理技术领域，公开了一种基于超声波辅助DES预处理秸秆获得木质素的方法，包括：进行秸秆原料准备：将秸秆除杂、风干，进行粉碎；制备深度共熔溶剂；将制备的DES溶剂和秸秆原料进行混合放入锥形瓶，将其搅拌后放置在超声浴中处理；在混合物料中加入一定量去离子水，得到混合溶液；将混合溶液进行抽滤，将滤液进行旋转蒸发，再进行离心分离，得到上清液和沉淀；将得到的沉淀经烘干后即为木质素样品。本发明可以制备特定比例的氯化胆碱/乳酸或甘油的深度共熔溶剂；利用超声波辅助特定深度共熔溶剂对秸秆进行预处理；本发明预处理效果更好、有适宜推广的潜力；本发明所使用的DES可多次循环利用、绿色环保、节省成本。

技术领域

本发明属于秸秆处理技术领域，尤其涉及一种基于超声波辅助DES预处理秸秆获得木质素的方法。

背景技术

目前：由于煤、石油等不可再生能源的储量越来越少，近年来我国乃至国际一直倡导可再生生物质能源的开发与利用，生物质能源的使用不仅能解决能源短缺的问题，还能够减少碳排放量、解决污染环境的问题，其中秸秆就是一种产量丰富的可再生生物质能源的原料。目前，国内外对于秸秆厌氧发酵产沼气、产氢气等绿色能源的研究颇多，但是由于木质素作为骨架结构包裹在纤维素及半纤维素外面，需对秸秆进行预处理后才可以达到更好的厌氧发酵效果。

秸秆预处理的方法主要分为物理预处理、化学预处理、生物预处理和联合预处理四大类。其中物理预处理虽然对环境几乎没影响，但是能源消耗大、设备运行成本高昂，并且处理效果还具有提升的空间；生物预处理虽然能源消耗小、无化学品和抑制剂产生，但是预处理的时间太长、需要严格的培养条件和控制要求，目前正处于试验规模；化学预处理具有预处理时间短、设备和操作简便等优点，目前一般使用化学试剂酸(如稀硫酸)、碱(如氢氧化钠)、酸性物质(如过硫酸钠)以及碱性物质(如过氧化氢)等进行预处理，存在酸腐蚀设备、产生抑制剂以及造成二次环境污染的问题，且一些技术处于示范规模；联合预处理主要是由以上三种预处理自由结合而进行的，且物理-化学预处理的方法比较多，例如氢纤维素膨胀、微波辅助碱处理、蒸汽爆破与氧化钙联合预处理等。

近年来，陆续有学者研究深度共熔溶剂、超声波对秸秆单独进行预处理，单独的预处理效果都不错。深度共熔溶剂(DES)是一种类离子溶剂，是由有机酸等氢键供体和天然碱等氢键受体组成的共熔混合物，具有热稳定性高、不易挥发、熔点低、对各种有机物和无机物溶解能力强以及极强的可设计性等特点；它是一种比离子液体更为廉价、易于大量获取的生物基材料，且绿色环保可以完全降解、对环境没有污染。DES通过破坏秸秆中的氢键，断裂木质素-碳水化合物的复合体结构，从而促使秸秆中的木质素组分溶出及降解来预处理秸秆，使秸秆更好进行厌氧发酵。超声波产生的高加速度、振动和空化效应都可以加速秸秆细胞内物质的释放和溶解，且能有效的破坏纤维素中的分子氢键以及提高木质素的脱除率，而且对DES没有破坏和减弱的作用。在可执行程度上，可以辅助DES对秸秆进行预处理，从而提高DES萃取和破坏木质素的效率、提升联合预处理效果以及强化厌氧发酵效果。

相近似专利：

1.CN202010085765.5一种利用超声微波强化深共熔溶剂解离玉米秸秆的方法；

缺陷：利用超声波作为第一阶段预处理，微波作为第二阶段预处理，处理过程繁琐；超声波预处理时间为30min，时间较短，木质素去除率为61.50±2.45％。

优势与改进之处：本实验只利用超声波进行辅助预处理，简化处理步骤；本发明超声波预处理60～90min，木质素去除率可达80％以上。

2.CN201911229388.1一种微波辅助低共熔溶剂提取生物中的木质素的方法；

缺陷：此发明原料为杨木或桉木，未提及此种方法于玉米秸秆提取木质素的效果，且利用微波加热在90℃-130℃之间，不属于温和条件，有污染问题。

优势与改进之处：本发明利用产量丰富的玉米秸秆进行木质素提取，且利用超声波在温和条件下进行预处理。