CN100999739B - 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法 - Google Patents

蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100999739B
CN100999739B CN200610000997A CN200610000997A CN100999739B CN 100999739 B CN100999739 B CN 100999739B CN 200610000997 A CN200610000997 A CN 200610000997A CN 200610000997 A CN200610000997 A CN 200610000997A CN 100999739 B CN100999739 B CN 100999739B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stalk
hydrogen peroxide
alkaline hydrogen
solution
cellulase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200610000997A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100999739A (zh
Inventor
陈洪章
徐建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN200610000997A priority Critical patent/CN100999739B/zh
Publication of CN100999739A publication Critical patent/CN100999739A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100999739B publication Critical patent/CN100999739B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

本发明涉及的蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，首先将秸秆进行汽爆和干燥处理，再经碱性双氧水溶液在30～40℃下处理12～36小时；过滤后所得秸秆残渣干燥后，在pH4.8的缓冲液中用纤维素酶按10IU～20IU/g底物，在固液比为1∶5～1∶6，温度为40～50℃下酶解48～72小时，其酶解液糖浓度可达104.68～110.97g/l。本发明首先将秸秆进行汽爆处理，使其中的部分半纤维素与少量木质素被破坏，再经碱性双氧水氧化，可进一步破坏部分半纤维素以及大量木质素，秸秆中纤维素含量提高，酶解液糖浓度可高达100g/l以上；而且酶解后纤维素酶可回收再利用。

Description

蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法
技术领域
本发明涉及一种处理秸秆的方法，特别涉及一种蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合耦合处理秸秆的方法，可以使秸秆酶解液的糖浓度提高到高于100g/l的水平。
背景技术
秸秆酶法制酒精已有大量的文献报道，但无论国内、还是国外至今未形成产业化。原因是多方面的，其中最主要的一点是秸秆酶解液糖浓度低，导致后续发酵产生的酒精浓度低于商业化运作的最低为5％的水平。秸秆预处理是一种较为有效的提高秸秆酶水解糖化率进而提高糖浓度的途径，至今研究者探讨了包括物理法、化学法、生物法(在内的多种预处理方法。其中化学法主要用酸、碱以及有机溶剂等除去半纤维素、木质素。
蒸汽爆破是一种非常有效的破坏秸秆结晶结构的预处理方法。经蒸汽爆破后的秸秆，结构变得疏松，从而纤维素得以暴露而使得酶分子能够穿透纤维将纤维水解成单糖或双糖，因此可以显著提高酶解效率。但由于蒸汽爆破并未明显提高底物中的纤维素含量，因此爆破后的秸秆酶解后，酶解液的糖浓度并不高。
NaOH有很强的脱木素作用，原料除去了木质素后，虽然纤维素含量有所增加，但使纤维素结构变得更加致密，若要提高酶解率，则必须增加酶的用量并提高反应的固液比，但这一方面增加了生产成本，同时较低的固液比又降低了糖的浓度。因此在实际产业化运作过程中是不可行的。
可见，大多数预处理所解决的问题主要是针对秸秆中纤维素酶解效率的问题，要想提高酶解液的糖浓度，就必须寻求新的预处理方式。本发明则研究了一条新的预处理方法，首先采用汽爆技术，然后用碱性双氧水处理汽爆后的秸秆，为提高酶解液糖浓度进而提高后续发酵酒精浓度奠定了基础。
发明内容
本发明的目的是针对目前纤维素酶解过程中纤维素酶利用率低的问题，提供一种蒸汽爆破与碱性双氧水氧化相结合的预处理秸秆的方法，可以使秸秆酶解液的糖浓度提高到高于100g/l的水平。
本发明方法中秸秆首先经过蒸汽爆破工艺处理，然后再经不同浓度的碱性双氧水处理。所得残渣在60℃烘干。取一定量的酶液，与烘干后的残渣在一定温度、一定固液比下酶解。
本发明技术方案如下：
本发明提供的蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，其步骤如下：
(1)将含水量10～35％的秸秆在蒸汽压力1.0～1.5Mpa的条件下进行蒸汽爆破处理，之后再将经蒸汽爆破处理后的汽爆秸秆进行干燥处理；
(2)将干燥后的汽爆秸秆与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶20～1∶40进行混合，并氧化处理12～36小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分浓度为0.5％～2％碱性溶液和重量百分浓度为1％～16％H2O2按重量份配比为1∶20～1∶40的比例进行混配的溶液；
(3)将步骤(2)反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性并烘干；
(4)将步骤(3)的烘干残渣在40～50℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解48～72小时；维素酶用量为10-20IU/g烘干残渣；
所述纤维素酶选自里氏木霉、绿色木霉、黑曲霉或康氏木霉真菌纤维素酶。所述的缓冲液选自醋酸、醋酸钠、柠檬酸或柠檬酸钠缓冲液。
所述秸秆为麦秸、玉米秸秆、稻草、高梁秸、芦苇或/和花生秧壳。
所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液。
所述步骤(2)中的干燥后的汽爆秸秆与碱性双氧水溶液的重量份配比为1∶5～1∶6时，其氧化处理效果较佳。
酶解结束后，抽滤，所得溶液用DNS法测量溶液中的原料的还原糖量。结果显示：只经过蒸汽爆破处理的秸秆酶解72小时，其酶解液糖浓度为79.53g/l，而先经蒸汽爆破和进行碱性双氧水双重处理的秸秆酶解72小时后，所得酶解液糖浓度最高达110.97g/l。
酶解结束后，体系中的纤维素酶可以进行回收：上清中采用硫酸铵分级沉淀法，吸附于固体残渣的酶可采用Ca(OH)2-Tween 20回收。
本发明的方法具有以下优点：
(1)经本发明方法处理后，秸秆结构变得越加疏松，使纤维素的可及性增加，一方面提高了底物的酶解转化率，同时降低了纤维素酶的用量。此外，酶解后，纤维素酶可回收。
(2)经蒸汽爆破后，秸秆中的部分半纤维素与少量木质素被破坏；在经碱性双氧水处理后，进一步破坏部分半纤维素以及大量的木质素。这样就使秸秆中纤维素的含量提高很多，在经纤维素酶酶解后，酶解液的糖浓度就可高达100g/l以上。这是秸秆酶法转化酒精的最低要求。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
(1)将含水量为10％的麦秸15g，投入汽爆罐中在蒸汽压力1.5Mpa下处理5分钟，然后在60℃下干燥48小时；
(2)再将干燥后汽爆麦秸与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶15的比例混合，在30℃下氧化处理12小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分比浓度为1％NaOH和重量百分比浓度为1％的H2O2混合而成的混合溶液；
(3)将步骤(2)反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性，并在60℃下烘干(干燥48小时)；
(4)将干燥的残渣(汽爆麦秸)在40℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解48小时，纤维素酶用量为10IU/g底物，固液比为1∶5。所得酶解液糖浓度为104.68g/l。
实施例2
(1)将含水量为35％的玉米秸秆15g，投入汽爆罐中在蒸汽压力1.0Mpa下处理8分钟，然后在60℃下干燥48小时；
(2)再将干燥后汽爆玉米秸秆与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶20的比例混合，在40℃下氧化处理24小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分比浓度为0.5％KOH和重量百分比浓度为10％H2O2混合而成的混合溶液；
(3)将步骤2反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性，并在60℃下烘干(干燥48小时)；
(4)将干燥的残渣(汽爆玉米秸秆)在50℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解48小时，纤维素酶用量为15IU/g底物，固液比为1∶65。所得酶解液糖浓度为109.42g/l。
实施例3
(1)将含水量为15％的高梁秸秆15g，投入汽爆罐中在蒸汽压力1.5Mpa下处理10分钟，然后在60℃下干燥48小时；
(2)再将干燥后汽爆高梁秸秆与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶20的比例混合，在30℃下氧化处理36小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分比浓度为1％Ca(OH)2和重量百分比浓度为12％H2O2混合而成的混合溶液；
(3)将步骤2反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性，并在60℃下烘干(干燥48小时)；
(4)将干燥的残渣(汽爆高梁秸秆)在45℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解72小时，纤维素酶用量为20IU/g底物，固液比为1∶5。所得酶解液糖浓度为110.97g/l。
实施例4
(1)将含水量为20％的花生秧和壳15g，投入汽爆罐中在蒸汽压力1.0Mpa下处理5分钟，然后在60℃下干燥48小时；
(2)再将干燥后汽爆花生秧/壳与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶30的比例混合，在40℃下氧化处理36小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分比浓度为0.5％NaOH和重量百分比浓度为16％H2O2混合而成的混合溶液；
(3)将步骤(2)反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性，并在60℃下烘干(干燥48小时)；
(4)将干燥的残渣(汽爆花生秧/壳秸)在50℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解72小时，纤维素酶用量为10IU/g底物，固液比为1∶6。所得酶解液糖浓度为108.46g/l。

Claims (4)

1.一种蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，其步骤如下：
(1)将含水量10～35％的秸秆在蒸汽压力1.0～1.5Mpa的条件下进行蒸汽爆破处理，之后再将经蒸汽爆破处理后的汽爆秸秆进行干燥处理；
(2)将干燥后的汽爆秸秆与碱性双氧水溶液按重量份配比为1∶20～1∶40进行混合，并氧化处理12～36小时；所述碱性双氧水溶液是一种用重量百分浓度为0.5％～2％碱性溶液和重量百分浓度为1％～16％H2O2按重量份配比为1∶20～1∶40的比例进行混配的溶液；
(3)将步骤(2)反应后的混合体系进行过滤，所得残渣用水清洗至中性并烘干；
(4)将步骤(3)的烘干残渣在40～50℃下，pH4.8缓冲液配制的纤维素酶酶解液酶解48～72小时；纤维素酶用量为10-20IU/g，烘干残渣；
所述纤维素酶选自里氏木霉、绿色木霉、黑曲霉或康氏木霉真菌纤维素酶，所述的缓冲液选自醋酸、醋酸钠、柠檬酸或柠檬酸钠缓冲液。
2.按权利要求1所述的蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，其特征在于，所述秸秆为麦秸、玉米秸秆、稻草、高梁秸、芦苇或/和花生秧壳。
3.按权利要求1所述的蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液。
4.按权利要求1所述的蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的干燥后的汽爆秸秆与碱性双氧水溶液的重量份配比为1∶5～1∶6。
CN200610000997A 2006-01-13 2006-01-13 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法 Expired - Fee Related CN100999739B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200610000997A CN100999739B (zh) 2006-01-13 2006-01-13 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200610000997A CN100999739B (zh) 2006-01-13 2006-01-13 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN100999739A CN100999739A (zh) 2007-07-18
CN100999739B true CN100999739B (zh) 2010-05-12

Family

ID=38258565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200610000997A Expired - Fee Related CN100999739B (zh) 2006-01-13 2006-01-13 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100999739B (zh)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201114906A (en) * 2009-04-30 2011-05-01 Annikki Gmbh Process for the production of carbohydrate cleavage products from a lignocellulosic material
IT1398769B1 (it) * 2009-06-09 2013-03-18 Enea Ente Nuove Tec Impianto e relativo procedimento per il pretrattamento di biomassa lignocellulosica
CN101591688B (zh) * 2009-06-30 2013-01-30 华中科技大学 一种由菌糠获取可转化底物的方法
CN101654670B (zh) * 2009-09-02 2012-09-05 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 制备液体纤维素酶的方法
CN101693905B (zh) * 2009-10-27 2011-09-07 哈尔滨工业大学 一种纤维素乙醇生产中氢氧化钙过量解毒的改进方法
CN101768494A (zh) * 2010-03-09 2010-07-07 中国科学院过程工程研究所 一种秸秆用于生物质发电与锅炉燃烧的成型燃料制备方法
CN102286545A (zh) * 2010-06-17 2011-12-21 中国科学院过程工程研究所 去除秸秆酶解液抑制丁醇发酵的可溶性木质素的方法
CN101933616B (zh) * 2010-09-01 2013-04-10 河南省农科院农副产品加工研究所 固态汽爆制备膳食纤维的方法
CN102178081B (zh) * 2011-04-13 2013-02-06 北京中诺德瑞工业科技有限公司 反刍动物秸秆饲料的加工方法及产品
CN102206927B (zh) * 2011-04-13 2012-05-30 北京中诺德瑞工业科技有限公司 氧爆破壁秸秆的方法
CN102758028A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 中国石油大学(北京) 一种预处理木质纤维素原料转化为还原糖的方法
CN102206926B (zh) * 2011-04-27 2012-05-30 北京中诺德瑞工业科技有限公司 氧爆破壁秸秆造纸浆的方法
CN102731254B (zh) * 2011-12-20 2015-02-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种以玉米秸秆和/或高粱秸秆为原料制备乙二醇的方法
CN103255185B (zh) * 2012-02-21 2015-04-22 华东理工大学 木质纤维素同步糖化与发酵生产微生物油脂并回收使用纤维素酶的方法
CN102747633A (zh) * 2012-04-25 2012-10-24 中国科学院过程工程研究所 一种基于植物生物质不均一性的分级炼制高值利用方法
CN102671646B (zh) * 2012-05-11 2014-03-26 北京科技大学 一种制备处理含油污水的吸附材料的方法
CN102690525A (zh) * 2012-05-29 2012-09-26 北京化工大学 一种以甜高粱渣作为增强相的木塑复合材料及其制备方法
CN102669425A (zh) * 2012-06-15 2012-09-19 徐州金牌药业有限公司 一种秸秆生物饲料的制备方法
US20140045226A1 (en) * 2012-08-08 2014-02-13 Dakota Star Capital, Llc Process for treating lignocellulosic biomass
CN102888433B (zh) * 2012-10-30 2014-04-09 西南大学 一种提高芦竹秸秆酶解效率的方法
CN102923846B (zh) * 2012-11-09 2014-09-17 江苏百纳环境工程有限公司 一种组合式生物碳强化脱氮填料及其制备方法
CN104342466A (zh) * 2013-08-09 2015-02-11 中国石油天然气股份有限公司 一种木质纤维素原料的组合预处理方法
CN105038892A (zh) * 2015-06-11 2015-11-11 张家港市山牧新材料技术开发有限公司 一种清洁型生物燃料及其制备方法
CN106011183A (zh) * 2016-08-04 2016-10-12 华中农业大学 一种用芦苇高效生产纤维素乙醇的方法
CN106400567B (zh) * 2016-09-27 2017-12-05 济南米铎碳新能源科技有限公司 由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法
CN106351051B (zh) * 2016-09-27 2017-12-05 济南米铎碳新能源科技有限公司 利用汽爆技术由棉短绒生产高纯纤维素的方法
CN107828832A (zh) * 2017-11-21 2018-03-23 中国农业科学院麻类研究所 一种提高麻类秸秆酶解糖化效率的方法
CN110373927B (zh) * 2019-07-15 2021-04-20 徐州工程学院 基于爆炸波-碱联合处理秸秆类生物质原料的方法
CN111215031B (zh) * 2020-03-18 2022-06-14 重庆三峡学院 一种高纯生物炭的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1122794A (zh) * 1995-11-08 1996-05-22 柏绿山 一种植物秸秆复合肥及其生产方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1122794A (zh) * 1995-11-08 1996-05-22 柏绿山 一种植物秸秆复合肥及其生产方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. Maekawa.On an available pretreatment for theenzymatic saccharification of lignocellulosic materials..Wood Science and Technology30 2.1996,30(2),第134页倒数第三段、最后一段，第135页第一和第二段.
E.Maekawa.On an available pretreatment for theenzymatic saccharification of lignocellulosic materials..Wood Science and Technology30 2.1996,30(2),第134页倒数第三段、最后一段,第135页第一和第二段. *
宋向阳，余世袁.玉米秸秆酶水解正交试验的研究.生物学杂志17 5.2000,17(5),31-32.
宋向阳,余世袁.玉米秸秆酶水解正交试验的研究.生物学杂志17 5.2000,17(5),31-32. *
张雪松，朱建良.秸秆的利用与深加工.化工时刊18 5.2004,18(5),1-5.
张雪松,朱建良.秸秆的利用与深加工.化工时刊18 5.2004,18(5),1-5. *
陈洪章等.纤维性废物蒸汽爆碎预处理和半纤维素水解物的水抽提.林产化学与工业12 3.1992,12(3),第219页第3.1.1部分.
陈洪章等.纤维性废物蒸汽爆碎预处理和半纤维素水解物的水抽提.林产化学与工业12 3.1992,12(3),第219页第3.1.1部分. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN100999739A (zh) 2007-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100999739B (zh) 蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法
CN101736631B (zh) 一种高效预处理木质纤维素的工艺
CN102153763B (zh) 一种木质纤维素酸碱耦合预处理方法
CN106011199B (zh) 一种农作物秸秆的预处理方法
CN100497647C (zh) 使用纤维素酶吸附酶解秸秆纤维素的方法
JP4554314B2 (ja) リグノセルロースの連続糖化法
CN101538597B (zh) 三氧化硫气体处理秸秆的方法
CN103255659B (zh) 氨联合稀碱常压处理木质纤维素类生物质的方法
CN110272509A (zh) 一种纤维类生物质高效预处理分离半纤维素及其综合利用方法
CN101381754A (zh) 一种纤维素组分磺化分离藕合酶水解生产可发酵糖的方法
CN104498562A (zh) 氢氧化钠/尿素/水体系预处理农业废弃物生物质的方法
CN106191135A (zh) 木质纤维素为原料联产多产品的生物炼制方法
CN103898180A (zh) 一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法
KR101039792B1 (ko) 바이오 연료 및 바이오 화학물질 제조용 전처리 장치, 및 이를 이용한 전처리 공정과 바이오 연료 및 바이오 화학물질의 제조 공정
Zhan et al. Enhancing the potential production of bioethanol with bamboo by γ-valerolactone/water pretreatment
CN104694587A (zh) 一种由甘蔗渣生产乳酸的方法
CN103898179A (zh) 一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法
CN103194504B (zh) 磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用
CN107904271A (zh) 一种微波强化碱石灰预处理木质纤维素的方法
JP2011135863A (ja) 微生物発酵物の製造方法
CN102864180A (zh) 从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法
CN112442519B (zh) 预处理玉米秸秆的方法及玉米秸秆预处理物
CN101509024B (zh) 采用含纤维素的原料制备单糖的方法
CN101525644B (zh) 采用含纤维素的原料制备单糖的方法
CN102864192B (zh) 一种从木质纤维类物质中制取糖的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100512

Termination date: 20160113