CN103305570A - 稀盐酸辅助氧化吗啉-n-氧化物预处理玉米秸秆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物预处理玉米秸秆的方法，属于化学工程领域。按照如下步骤进行：NMMO-稀盐酸-水预处理体系中，在90-120°C下对玉米秸秆进行溶解预处理0.5-2h后，加入去离子水洗涤再生得到纤维素原料；再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入乙酸-乙酸钠缓冲液形成混合体系，然后用纤维素酶进行酶解，在50°C和180rpm的恒温摇床上振荡反应，即可达到酶解玉米秸秆的目的。利用稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物预处理玉米秸秆，实现了玉米秸秆的高值化利用，还原糖产率>60%。本发明工艺简单，具有效率高、过程经济、三废少等优点。

Description

稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物预处理玉米秸秆的方法

技术领域

本发明公开了一种稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物(NMMO)预处理玉米秸秆的方法，属于化学工程领域。 

背景技术

随着社会经济的发展，能源消耗越来越多，由于化石燃料的有限性及不可再生性，近几年生物质能源逐渐成为人们关注的焦点。专家预测，生物质能源将成为未来持续能源的重要组成部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。地球上的纤维素资源非常丰富，我国农作物秸秆总产量超过7亿吨，玉米秸秆有效地利用纤维素资源对人类面临的能源危机有现实意义。 

木质生物资源的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素结构复杂、具有较高的结晶度、纤维素内部存在大量的结晶结构以及分子间与分子内氢键，导致溶剂和反应试剂对纤维素的可及度很低，这成为制约纤维素资源化利用的瓶颈。因此，纤维素原料糖化之前必须经过预处理。现有的预处理方法主要有物理、化学、生物等多种方法，或是上述方法的组合，其中化学法和物理法是各国研究者的研究重点。化学法预处理主要用碱、无机酸、有机溶剂和氧化剂等作为预处理试剂。在有机溶剂预处理过程中，使用有机溶剂或者有机溶剂与无机酸催化剂的混合溶液可破坏纤维原料内部的木质素和半纤维素之间的连接键。 

目前，氧化吗啉-N-氧化物（NMMO）作为高效的预处理溶剂可有效地溶解纤维素原料。研究表明，NMMO能溶解纤维素是由于N—O键的高极性，可破坏纤维素的氢键网络并且与溶质形成新的氢键，进而可预处理纤维素原料。NMMO不仅能够与水混溶，而且能够很好地溶解木质素分子片断。我们课题组发现利用NMMO与少量稀盐酸的混合液作为预处理试剂，可将木质素与碳水化合物分离，大大提高了纤维素原料的糖化率。 

  

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物(NMMO)预处理玉米秸秆的方法，实现玉米秸秆的高效糖化。 

     本发明的一种稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物（NMMO）预处理玉米秸秆的方法，按照如下步骤进行： 

（1）预处理及糖化玉米秸秆：

NMMO-稀盐酸-水预处理体系中，85% (w/w)的NMMO和0.5%-10% (w/w)稀盐酸混合后在90-120 °C下对玉米秸秆进行溶解预处理0.5-2 h后，加入去离子水洗涤再生得到纤维素原料；再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸钠缓冲液(50 mM)形成混合体系，玉米秸秆纤维素原料最终质量浓度为20%，然后用终质量浓度为0.3%的纤维素酶进行酶解，在50 °C和180 rpm的恒温摇床上振荡反应，即可达到酶解玉米秸秆的目的。

其中NMMO与玉米秸秆的质量比为20：1。 

本发明的有益效果：

本发明的一种稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物(NMMO)预处理玉米秸秆的方法，预处理条件温和、过程经济、三废少等优点。玉米秸秆达到较好的预处理效果。

  

附图说明

图1 纤维素酶糖化预处理玉米秸秆进程曲线。■ 还原糖 □ 葡萄糖 

具体实施方式

还原糖的含量用3,5-二硝基水杨酸（DNS）进行分析。还原糖产率=还原糖浓度×100%/玉米秸秆浓度。 

葡萄糖的含量利用液相色谱（HPLC）分析。葡萄糖产率=葡萄糖浓度×100%/玉米秸秆浓度。 

  

实施例1 稀盐酸(0.5% w/w)辅助NMMO预处理玉米秸秆

预处理体系中，2 g干燥的玉米秸秆利用85% (w/w)的NMMO物与0.5% （w/w）稀盐酸在90 °C下进行溶解预处理2 h后，加入去离子水洗涤再生。再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸钠缓冲液(50 mM)形成混合体系，玉米秸秆纤维素原料最终质量浓度为20%，然后用终质量浓度为0.3%的纤维素酶进行酶解，在50 °C和180 rpm的恒温摇床上振荡反应72 h，还原糖产率为65.4%。

  

实施例2 稀盐酸(10% w/w)辅助NMMO预处理玉米秸秆

预处理体系中，2 g干燥的玉米秸秆利用85% (w/w)的NMMO与10% （w/w）稀盐酸在120 °C下进行溶解预处理0.5 h后，加入去离子水洗涤再生。再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸钠缓冲液(50 mM)形成混合体系，玉米秸秆纤维素原料最终质量浓度为20%，然后用终质量浓度为0.3%的纤维素酶进行酶解，在50 °C和180 rpm的恒温摇床上振荡反应，糖化进程结果如图1所示，糖化过程中没有明显的抑制，反应72 h，还原糖产率为70.8%，葡萄糖产率为37.0%。

Claims (2)

1.稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物（NMMO）预处理玉米秸秆的方法，其特征在于按照如下步骤进行：

（1）预处理及糖化玉米秸秆：

NMMO-稀盐酸-水预处理体系中，85% (w/w)的NMMO和0.5%-10% (w/w)稀盐酸混合后在90-120 °C下对玉米秸秆进行溶解预处理0.5-2 h后，加入去离子水洗涤再生得到纤维素原料；再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸钠缓冲液(50 mM)形成混合体系，玉米秸秆纤维素原料最终质量浓度为20%，然后用终质量浓度为0.3%的纤维素酶进行酶解，在50 °C和180 rpm的恒温摇床上振荡反应，即可达到酶解玉米秸秆的目的。

2.根据权利要求1所述的稀盐酸辅助氧化吗啉-N-氧化物（NMMO）预处理玉米秸秆的方法，其特征在于其中NMMO与玉米秸秆的质量比为20：1。