CN102181506A

CN102181506A - 一种生物质预处理的方法

Info

Publication number: CN102181506A
Application number: CN 201110046952
Authority: CN
Inventors: 王联结
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明涉及一种生物质预处理的方法。目前能够直接分解木质素和半纤维素的微生物作用速度都较慢，而酶法处理不能有效的水解秸秆中的纤维素；制浆造纸采用的碱法会形成废水污染，需高成本回收，半纤维素也受到破坏；酸法容易产生抑制酵母菌生长的呋喃和小分子酸等物质；汽爆法成本高，产物复杂，有焦油形成。本发明在生物质预处理的过程中采用先碱后酸的运行步骤；无需高压、高温的运行条件；不产生造纸黑液和抑制酵母菌乙醇发酵的次生物质；在中和剩余的碱时，加入过量的有机酸，不仅中和了剩余的碱，同时进行了酸法的二次脱木素，加入的有机酸也减少了木质素同纤维素酶的结合；成本低廉，步骤简单，操作方便。

Description

一种生物质预处理的方法

技术领域

本发明涉及一种生物质预处理的方法。

背景技术

实现生物质中纤维素有效水解的生物质预处理是目前生物质发酵生产乙醇的关键，而能够直接分解木质素和半纤维素的微生物作用速度都相对较慢。直接使用纤维素酶进行酶法处理，不能有效的水解秸秆中的纤维素；制浆造纸采用的碱法可以有效的除去木质素，但由此带来的废水污染很严重，必须高成本回收，半纤维素也受到破坏；酸法容易产生抑制酵母菌生长的呋喃和小分子酸等物质；汽爆法成本高，产物复杂，有焦油形成。

低浓度碱液可以在室温下快速溶胀木质素含量较低的秸秆和草，例如可以很有效的降低秸秆的结晶度，促进分离其中的纤维素和半纤维素，促进生物酶水解纤维素和半纤维素。但因为处理过程中加入了碱，使成本有所增加，且回收利用成本和低浓度的碱法脱木素的的效率不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少成本投入并有效防止环境污染的生物质预处理的化学方法，提高生物质发酵生产乙醇的预处理效率。

本发明所采用的技术方案为：

一种生物质预处理的方法，其特征在于：

在粉末状的生物质中加入碱溶液后搅拌均匀，加入的碱液量达到浸润、淹没生物质装填界面为准，室温至50℃下保持12-100小时；

再加入过量的有机酸直至微显酸性，室温至50℃下继续保持12-100小时，然后过滤，自然干燥或者烘干，加入纤维素酶水解。

所述的步骤三中所述的碱为NaOH。

所述的步骤三中所述的有机酸为柠檬酸。

所述的生物质为秸秆、草或木材。本发明具有以下优点：

本发明的预处理过程中采用先碱后酸的运行步骤；无需高压、高温的运行条件；不产生造纸黑液和抑制酵母菌乙醇发酵的次生物质；在中和剩余的碱时，加入过量的有机酸，不仅中和了剩余的碱，同时进行了酸法的二次脱木素，有机酸可以减少木质素同纤维素酶的结合，生成的柠檬酸钠盐和柠檬酸形成的缓冲液为纤维素酶所需的缓冲液；成本低廉，步骤简单，操作方便。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所涉及的生物质预处理方法具体包括以下生产工艺步骤：

粉碎秸秆、草和木材等纤维素类生物质→除去异物→碱、酸水解→分离提取纤维素→纤维素酶水解纤维素。

该预处理方法设置了先碱后酸的处理步骤。首先，直接单一使用NaOH预处理，残留的NaOH用过量柠檬酸中和，中和碱以后剩余的柠檬酸可再一次发挥酸法脱木素作用，通过两次脱木素后获得的纤维素易于被纤维素酶水解。在NaOH脱木素过程中，已经脱离纤维素和半纤维素的木质素会自行缩合成为新的、更大分子的缩合木质素，及时加入柠檬酸有助于阻止这一变化出现。柠檬酸有助于减少纤维素酶和木质素结合，增加和纤维素的结合，柠檬酸也有助于除去硫化物和多余的金属离子。柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液是纤维素酶作用需要的条件。

本发明所利用的化学制浆造纸脱木素技术，即NaOH脱木素技术，是较为有效的脱木素技术。以低浓度NaOH法脱木素，可避免产生有毒有害的黑液；单一使用NaOH脱木素容易导致纤维素水解，因而需另外添加保护纤维素的物质例如硫化物和蒽醌等；无需高压、高温的反应条件。

和制浆造纸的脱木素相比，生物质乙醇发酵的预处理目的是要松弛生物质各组分之间的天然结构，为酶法水解其中的纤维素和半纤维素成为可以发酵生成乙醇的单糖提供条件，木质素可以在不影响多糖水解和发酵状态下继续留在水解液和发酵液中，直到最后进行回收利用。

实施例1：

将小麦秸秆充分干燥，除去尘土、金属、塑料等异物，切割粉碎成为粉末状，取50g放入到耐酸碱容器中，加入0.5 L、浓度为 1% （W/V）NaOH溶液后搅拌均匀，室温下保持12小时，再加入浓度为1%（W/V）柠檬酸直至微显酸性，室温下继续保持12小时，然后过滤，自然干燥或者烘干。滤渣为获得的纤维素粗品，用于后续纤维素酶解。滤液经过蒸干除去水分，进一步用于提取木质素和盐。

实施例2：

将小麦秸秆充分干燥，除去尘土、金属、塑料等异物，切割粉碎成为粉末状，取50g放入到耐酸碱容器中，加入0.5 L、浓度为 3% （W/V）NaOH溶液后搅拌均匀，35℃下保持24小时，再加入浓度为3%（W/V）柠檬酸直至微显酸性，35℃下继续保持24小时，然后直接用于后续纤维素酶水解。滤液经过蒸干除去水分，进一步用于提取木质素和盐。

Claims

1.一种生物质预处理的方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种生物质预处理的方法，其特征在于：所述的碱为NaOH。

3.根据权利要求1所述的一种生物质预处理的方法，其特征在于：所述的有机酸为柠檬酸。

4.根据权利要求1所述的一种生物质预处理的方法，其特征在于：所述的生物质为秸秆、草或木材。