[发明专利]一种低共熔溶剂协同二氧六环预处理生物质的方法

说明书

本发明公开了一种低共熔溶剂协同二氧六环预处理生物质的方法。本发明以生物质为原料，首次使用低共熔溶剂与二氧六环在酸性条件下联合预处理的方式，在有效脱除木质素的同时实现了纤维素的高效转化。此预处理方法具有成本低廉、绿色无毒、生物相容性好以及易于回收利用等优点，并在能耗较低的条件下实现了较高葡萄糖收率。

技术领域

本发明属于生物质预处理领域，具体涉及一种低共熔溶剂协同二氧六环在酸性条件下对生物质进行预处理的方法。

背景技术

在化石能源过度使用至日益枯竭引起的经济、社会、环境等问题的压力下，积极开发、使用环境友好型的替代能源，是实现经济社会可持续发展的必然选择。生物质能源因其来源广泛、可再生引起了人们的关注。生物质能源自绿色植物的光合作用，是以植物、微生物等有机物为能量的承载体，将太阳能以化学能的形式存储，可认为是太阳能的另一种表现形式。地球上生物质资源含量丰富，每年仅陆地生物质产量就有1000-1250亿吨，依来源不同，可分为五大类：城市固体废物、农业资源、生活污水和工业有机废水、林业资源和畜禽粪便。每年可再生的生物质所蕴含的能量相当于全球能源消耗总量的10-20倍。

相对于化石能源，生物质一方面是一种取之不尽、用之不绝的可再生资源，另一方面生物质能的应用不仅能降低能源使用成本，还能有效地减少温室气体的排放，缓解环境压力。为了更有效地使用生物质资源，需要其对结构组成及特点有所了解。以常见生物质中的林业资源为例，其主要的结构成分木质纤维素是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶、无机灰分等组成。其中，纤维素、半纤维素和木质素是其主要组成成分，三种物质分别占整个生物质干重为：纤维素35％－50％、半纤维素15％－20％、木质素15％－20％。三种物质组成单元、分子结构各不相同，纤维素、半纤维素主要有己糖、戊糖通过糖苷键连接在一起的大分子聚合物，木质素是由不同苯基丙烷交联而成的高聚合物。纤维素和半纤维素之间、纤维素内部分子之间靠氢键相连，形成庞大的氢键网络；半纤维素和木质素主要通过酯键、醚键等化学键连接形成网络结构，纤维素被包裹里面。三者相互缠绕、错综复杂地交联在一起形成致密稳定立体三维结构，使得木质纤维素具有很强的抗外界生物降解能力或非生物破坏能力。对木质纤维素直接进行酶水解，不仅酶用量大，而且酶解效率非常低，常常低于20％，因此影响了糖产量，经济成本很高。因此，这给生物质能的高效应用造成了极大的阻碍。

有研究表明，木质纤维素的预处理效果即底物各种物化特性的改变情况，在很大程度上也决定了纤维素的酶解效率。所以，木质纤维素的预处理对提高其酶解糖化效率降低酶使用成本至关重要。低共熔溶剂在生物质加工领域表现出广阔的应用前景，其具有优良的生物相容性和降解性，尤其是具有较好的脱除木质素的性能，可提高生物酶-催化剂的稳定性和活性，为有效催化生物质转化提供条件。同时，其制备工艺相对简单，可通过将各组分混合搅拌、加热的方法制得，使用时无需进一步纯化，且有较好的循环使用效果。但其脱除木质素的效果依旧不够理想。而二氧六环一般作为溶剂、反应介质、萃取剂使用。本发明将低共熔溶剂联合二氧六环，在酸性条件下对含有木质纤维素的生物质进行预处理，起到了非常好的协同脱除木质素和部分半纤维素的效果，而纤维素的变化又很小。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境友好、成本低，工艺简单，能耗较低的方式对含有木质纤维素的生物质原料进行预处理，很好的脱除了木质素和部分半纤维素，同时纤维素含量不受太大影响，进而大大提高了生物质原料的酶水解得率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低共熔溶剂协同二氧六环预处理生物质的方法：将低共熔溶剂与二氧六环的混合溶液，在酸性条件下对生物质进行预处理。

由于单纯的低共熔溶剂用于木质素去除效果不理想，本发明经过大量探索性尝试找寻提升低共熔溶剂降解木质素的方法，最终意外发现，二氧六环的加入可以做到，而二氧六环一般是作为溶剂、反应介质、萃取剂使用的，且从未有关于两者同时反应作用的报道。