CN104673858A - 水体修复木质纤维类原料预处理法及相应的产氢法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体修复木质纤维类原料预处理方法，依次包括以下步骤：(1)、粗粉碎：将水体修复木质纤维原料风干后粗粉碎；(2)、蒸汽爆破：将所得的过筛粉料进行蒸汽爆破预处理；(3)、离子液体溶解与物料再生：在蒸爆物料中加入离子液体进行溶解处理，将溶解处理后蒸爆物料用水作为反溶剂从而析出固体；(4)、酶解糖化：以步骤(2)所得的蒸爆物料、或者步骤(3)所得的再生物料作为底物进行酶解；得酶解糖化液。本发明还同时提供了利用上述方法所得的酶解糖化液进行发酵产氢的方法，即，将酶解糖化液用于生物制氢。

Description

水体修复木质纤维类原料预处理法及相应的产氢法

技术领域

本发明属于污水营养盐氮磷治理与生物质能转化利用领域，涉及一种水体修复木质纤维类原料预处理法及相应的产氢方法。

背景技术

化石能源是当今人类社会能源与资源的基础。当今高速发展的现代工农业科技不仅耗竭了大量的化石能源，同时带来了一系列重大的环境问题，导致环境污染日益加重、全球气候变暖等。水体富营养化已成为我国凸显的重大环境问题。过量氮磷输入而引起水质的日益恶化，加快了水体富营养化进程。在中国，环保部监测的60个湖泊(水库)中超过25.0％的水库处于富营养化。由于植物对营养盐的积累作用，人工湿地植物净化技术广泛地用于污水的生态化治理。在尾水深度处理生态湿地净化基地中，绿苇、再力花、芦竹、埃及莎草、旱伞草和柳树等具有富集碳的能力(固定大气CO₂)强，对氮磷等污染水体的适应能力强，易繁殖、夏季生长快等特点，同时因其潜在的生物质能源价值而越来越引起重视，作为生态湿地净化基地的先锋植物。科学界一直在寻找既能减缓温室气体排放，又能消减氮肥使用的生物能源生产系统。通过优化人工湿地结构，选育适宜的湿地植物，加大人工湿地污水处理效率，提高湿地植物的生物量，利用这种技术的能量潜力高达1836GJ ha^-1yr^-1。若将中国每年的废氮全部利用，则总潜在能量产出可达1.6×10⁸GJ yr^-1，相当于全国汽油消耗量的7％。因而，人工湿地污水处理系统成为新型生物能源的生产系统，在处理污水的同时可以生产生物能源。然而，水体生态化治理过程中产出大量的生物质资源，是可再生性的非粮木质纤维类生物质资源，如果不加以定期移除的话，被植物吸收同化的氮磷营养盐会通过降解而重新返回水体。因而污水生态治理的水体修复植物的合理利用迫在眉睫。如何将污水处理过程中的植物进行降解转化为生物质能源，以替代日趋紧张的化石能源，同时可以保护生态环境和减缓温室效应，是当今国际研究的前沿重点和难点。而且修复植物木质纤维的能源转化关键技术研究，有助于促进我国污染环境生物修复环保技术的产业化和可持续发展。

生态湿地植物净化产出生物质主要成份是富含碳素的木质纤维，木质纤维由多糖(主要是纤维素和半纤维素，两者占70％～80％)和木素(14％～17％)等特殊结构的大分子物质组成。植物木质纤维素类原料在天然生境中具有结构多样性，而影响木质纤维原料发酵的主要屏障在于其结构组成。湿地植物绿苇、再力花、芦竹、埃及莎草、旱伞草中的纤维素－木质素含量相对比较高，但是其木质纤维类纤维素的结晶性能显著不同。木质纤维素类生物质转化的核心性关键问题是：木质纤维素类生物质是如何抗击生物降解的，微生物是如何攻击植物的抗降解屏障的，破解抗性屏障提高生物转化效率的可能途径，即如何采用预处理技术将复杂的木质纤维素类生物质高聚物降解为单糖，继而发酵为生物质能。木质纤维素原料中，纤维素、半纤维素和木质素紧密交联在一起，由于化学结构和性质完全不同，各组分利用率很低，必须进行适当预处理、组分分离、破坏或改变部分结构等过程才能实现其高值利用。人工湿地植物生物质原料经干燥(一般要求含水率小于10％)、粉碎，再经过酸、碱或蒸汽爆破等预处理技术，然后使用纤维素酶水解，通过微生物发酵等可以制取生物能源。

专利CN101255479公开了一种将木质纤维素高效糖化的预处理方法，其特征在于包括粗粉碎、碱液湿磨、碱回收和酶解步骤，将粗粉碎后的木质纤维素原料与浓度为0.1％～3％的一价金属碱液混合，常温下进行湿法粉碎后将固液分离，液体用于回收一价金属碱，固体即改性木质纤维素进一步酶解，制得糖液。专利CN101117777公开了一种采用氨液浸泡+真空爆破对木质纤维素原料进行预处理，它通过对粉碎至约1cm的原料以1mL液体/g原料的比例喷洒一定浓度的氨水，反应后进行真空爆破处理，在转化过程中先进行中和处理，在厌氧发酵转化中，污泥接种量为4kg/m³。经过处理的原料总体上比未经任何处理的原料产气量提高约70％，改善了原料的转化率。

研究表明，能够将木质纤维原料溶解的预处理技术是其有效的生物质能转化技术(F.Monlau,C.Sambusiti,A.Barakat,X.M.Guo,E.Latrille,E.Trably,J.P.Steyer,H.Carrere.2012.Predictive models of biohydrogen and biomethane production based on the compositional andstructural features of lignocellulosic materials.Environmental Science&Technology.46(21):12217-12225)。这种预处理技术可以将木质纤维原料解聚得到可溶性糖元(葡萄糖和木糖)，促进其生物质能转化。随着木质纤维原料转化为可持续发展氢能提上议事日程，建立有效的木质纤维原料的环境友好型预处理方法、生物氢能转化技术，迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水体修复木质纤维类原料预处理法及相应的产氢方法，采用本发明的方法，能有效改善木质纤维原料中组分结构，降低纤维结晶度，从而提高酶解糖化率获取高得率的还原糖用于生物制氢。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水体修复木质纤维类原料预处理方法，依次包括以下步骤：

(1)、粗粉碎：

将水体修复木质纤维原料(简称木质纤维原料)经自然风干至含水率≤0.5％(重量％)，粗粉碎过40～60目筛，得过筛粉料；

所述过筛粉料中，纤维素为37.7～42.8％，半纤维素为24.3～31.9％，木质素为13.0～14.0％；空隙比表面积为0.70～1.47m²/g，纤维素结晶指数LOI为3.00～4.12，TCI为1.11～1.20；

(2)、蒸汽爆破：

于2.0～3.0MPa的汽爆压力和60～120s的维压时间下(较佳为2.5～3.0Mpa、90s)，将步骤(1)所得的过筛粉料进行蒸汽爆破预处理；收集蒸爆后的固体部分，干燥(风干)至含水率≤0.5％(重量％)，得蒸爆物料；

所述蒸爆物料中，纤维素为37.2～43.9％，半纤维素为5.7～6.8％，木质素为11.5～14.8％；空隙比表面积为0.50～2.81m²/g，纤维素结晶指数LOI为3.63～5.53，TCI为1.16～1.22；

(3)、离子液体溶解与物料再生：

按照1:5～1:40(较佳为1:20)质量比，在蒸爆物料中加入离子液体进行溶解处理，所述离子液体为[Bmim]Cl、[Bmim][OAc]；

将溶解处理后蒸爆物料用水作为反溶剂从而析出固体，分离后干燥至含水率≤0.5％(重量％)，得再生物料；

再生物料纤维素为37.1～45.0％，半纤维素为5.4～6.0％，木质素为11.3～14.6％；无定形纤维素增多，纤维素结晶指数LOI为2.34～2.44，TCI为0.79～0.81；

(4)、酶解糖化：

以步骤(2)所得的蒸爆物料、或者步骤(3)所得的再生物料作为底物进行酶解；

所述酶解为：在底物中加入pH值为4.2～5.2(较佳为4.8)的柠檬酸－柠檬酸钠缓冲液，直至底物的浓度为10～100g/L(较佳为40g/L)，然后按照2.5～50FPU(较佳为20FPU)纤维素酶/g底物的用量比，加入纤维素酶后，于150～200rpm/min的振荡幅度、35～60℃的酶解温度，酶解反应2～72h(较佳为于50℃酶解24h)，得酶解糖化液；

以蒸爆物料为底物制得的酶解糖化液中，葡萄糖为35.33～38.65g/100g(底物)，木糖为0.38～2.19g/100g(底物)；

以再生物料为底物制得的酶解糖化液中，葡萄糖含量为72.11～88.80g/100g(底物)，木糖含量为0.62～1.27g/100g(底物)。

作为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理方法的改进：

所述步骤(3)的溶解处理为以下任意一种：

微波辅助法：于80～800W的微波功率下，处理时间28～76s；

加热法：于85～95℃(较佳为90℃)加热240～400分钟。

备注说明：上述微波辅助法一般相对于20g蒸爆物料而言。

作为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理方法的进一步改进：

所述步骤(3)中，作为反溶剂的水为去离子水，去离子水为离子液体的8～10质量倍。

作为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理方法的进一步改进：

所述步骤(3)分离所得的液体经减压蒸馏，从而回收离子液体。离子液体回收率达到91％。

作为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理方法的进一步改进：

所述水体修复木质纤维原料为：绿苇、再力花、芦竹、埃及莎草、旱伞草、柳树等。

本发明还同时提供了利用上述任一方法所得的酶解糖化液进行发酵产氢的方法：将酶解糖化液用于生物制氢。

当使用以蒸爆物料为底物制得的酶解糖化液时，氢气得率为1.45～1.97mmol H₂/g(底物)；

当使用以再生物料为底物制得的酶解糖化液时，氢气得率为2.75～4.79mmol H₂/g(底物)。

作为本发明的发酵产氢的方法的改进：生物制氢的方法为活性污泥厌氧发酵法。

本发明中，水体修复木质纤维植物(水体修复木质纤维原料)对污水中的氮磷适应性强，生物量大，氮磷去除效率高。

本发明，与传统的热化学处理方法相比，蒸汽爆破和离子液体处理的显著优点是低环境冲击、较少使用有毒化学品。

本发明中，原料中纤维素、半纤维素和木质素含量通过Van Soest方法测定；利用DNS法分析酶解液的还原糖浓度，以木质纤维素(干物计)为基准计算还原糖产率及酶解率。计算公式如下：

本发明的方法得到的木质纤维素还原糖产率为20.13～46.19g/100g(底物)，糖化酶解率高于110％。

HPLC分析糖化液中葡萄糖和木糖等含量，结果表明，蒸爆物料酶解后的糖化液中主要含有木糖和葡萄糖两种单糖，葡萄糖含量为35.33～38.65g/100g(底物)，木糖含量为0.38～2.19g/100g(底物)。本发明同时运用蒸汽爆破和离子液体对木质纤维素进行预处理，取得了很好的效果，再生物料酶解后的糖化液中葡萄糖含量为72.11～88.80g/100g(底物)，木糖含量为0.62～1.27g/100g(底物)。

本发明采用蒸汽爆破与离子液体相结合的工艺，可以克服单一蒸汽爆破处理、单一离子液体溶解处理时，高纤维结晶度木质纤维原料的解聚度程度不高、纤维素不能够有效溶解的缺点，从而克服酶解糖化率低且产氢率低的缺点。本发明所采用的工艺步骤，能够有效降低高纤维结晶度和解聚度，且提高酶解糖化率和产氢率，应用于高结晶度木质纤维原料的生物制氢转化。

综上所述，本发明采用先蒸汽爆破后离子液体溶解的预处理方法，能使纤维素、半纤维素、木质素等有效分离开来，且破坏纤维素的晶体结构，降低其聚合度，提高木质纤维素原料的酶解率和生物氢气转化率；从而建立了水体修复植物木质纤维类原料有效转化为氢气的可持续发展技术。同时本发明使用了绿色溶剂，减少了环境污染，且该溶剂回收率高，能多次重复利用。

本发明的显著优点和效果如下：

1.与机械预处理方法相比，要使物料达到相同尺寸，蒸汽爆破预处理可节约70％能耗，具有能耗低、无环保或回收费用的特点，因此为木质纤维原料最为有效的预处理技术之一。

2.离子液体是一种新型的绿色溶剂，对环境无污染，溶解纤维素而不使其发生衍生化，直接破坏了纤维素大分子结构中的氢键，使其比表面积增大，有利于纤维素酶的吸附与水解。用离子液体预处理的优点是预处理效率高、可重复使用、无污染。尽管离子液体价格较高，但因其表现出的环境友好、可多次重复使用回收率高等特点有其利用价值。

3.本发明的预处理方法(先蒸汽爆破后离子液体溶解的方法)，有效改善木质纤维原料中组分结构，降低纤维结晶度和解聚度，提高了木质纤维素原料的酶解率和还原糖中葡萄糖产率，用于生物制氢，从而建立木质纤维原料生物制氢转化的可持续发展技术，促进污水营养盐氮磷治理和生物氢能开发的双赢。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理及产氢方法的说明图。

备注说明：图1中的水体修复植物木质纤维原料即代表过筛粉料。

图2为本发明的水体修复木质纤维类原料预处理及产氢方法的物料平衡、糖化和发酵产氢的技术说明图；

(a)单一蒸汽爆破；

(b)先蒸汽爆破后离子液体溶解再生。

采用单一蒸汽爆破方法，木质纤维原料中的大部分半纤维素降解；而采用先蒸汽爆破后离子液体溶解再生方法，木质纤维原料中的无定形纤维素增加，促进酶解糖化和生物制氢。

图3为本发明的木质纤维素原料与预处理物料的扫描电镜SEM图像。A,B,C分别代表再力花原料(过筛粉料)、蒸爆物料、离子液体再生物料(2.5MPa,90s)；D,E,F分别代表绿苇原料(过筛粉料)、蒸爆物料、离子液体再生物料(3.0MPa,90s)。所有图像都以同一尺度拍摄(×500)。

图3中，分别用实施例1-2中的再力花和绿苇茎原料，采用本发明中两种预处理方法：单一蒸汽爆破、先蒸汽爆破后离子液体溶解再生，分别得到蒸爆物料和离子液体再生物料。

原料细胞壁呈现了完整的植物维管束和原纤维结构，再力花茎原料具有疏松的维管束和原纤维结构，而绿苇茎原料具有更致密和更长的维管束和原纤维结构(图3AD)。与原料相比，蒸爆物料呈现出破碎的纤维结构；相比绿苇，蒸汽爆破对再力花茎的影响更大，但两者的晶体结构都未被破坏(图3B和图3E)。蒸汽爆破通过降解半纤维素来克服木质纤维素结构的阻碍。离子液体[Bmim]Cl是一种很好的溶剂，它通过破坏纤维素分子间的氢键来溶解木质纤维素；从而离子液体再生物料都有表面粗糙的碎片结构，可以说明纤维素的结晶结构被破坏(图3C和图3F)。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。一种水体修复木质纤维类原料预处理及产氢方法的说明如图1、图2所示。

实施例1

于夏季成熟期取尾水深度处理生态湿地净化基地中的绿苇，自然风干后(含水率≤0.5％(重量％))，粗粉碎过60目筛得到过筛粉料。以绿苇为原料所得的过筛粉料中纤维素、半纤维素和木质素分别为42.8％、31.9％和13.0％。

取上述750g过筛粉料，置于蒸汽爆破反应釜(蒸汽爆破仪器产自河南鹤壁正道重机公司)中，于汽爆压力3.0MPa，汽爆维压时间90s条件下进行蒸爆，蒸爆后所得的固体部分收集、干燥(风干至含水率≤0.5％(重量比))，得到蒸爆物料。

取上述蒸爆物料20g于容器中，加入400g经真空干燥后的离子液体[Bmim]Cl(即，氯化1-丁基-2-甲基咪唑)，搅拌均匀后采用微波辅助离子液体溶解，微波功率400W，累计微波加热时间为40s后反应结束。立即加入4kG去离子水作为反溶剂，于磁力搅拌器中充分搅拌，离心，并多次洗涤沉淀离心(即，用去离子水反复洗涤沉淀，直至洗涤液呈中性为止)，收集沉淀，于95℃烘干至恒重，得到再生物料。离心所得的液体合并后经旋转蒸发仪减压蒸馏回收，得到的回收离子液体可以再利用，回收率达到91％。

分别称取20g上述过筛粉料、蒸爆物料、再生物料作为底物，分别进行如下操作：

将底物置于容器中，加柠檬酸－柠檬酸钠缓冲液(pH4.8，0.1mol/L)调成底物浓度为40g/L，控制pH4.8，向料液中加入纤维素酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司，酶活100FPU/g)使其酶浓度为20FPU/g(底物)，将容器置于50℃空气恒温摇床(QYC-21型，上海福玛实验设备有限公司)中以180rpm/min速度振荡，酶解时间24h。酶解结束后，取0.5mL酶解液将其离心，取上清液用DNS法测定还原糖浓度，并用HPLC(Waters)分析酶解液中的葡萄糖、木糖和纤维二糖含量。HPLC分析条件为：色谱柱BioRad Aminex HPX-87H(300×7.8mm)，流动相为4mM H₂SO₄溶液，流速0.6mL/min，柱温65℃，进样量25μL。

经比表面积孔径分析仪(TriStarII3020型，美国Micromeritics公司)测定，蒸爆物料的BET表面积和Langmuir表面积为0.504m²/g和0.654m²/g、空隙吸附累积体积和平均孔径分别为5.206×10^-3cm³/g和785.0nm(表1)。

通过Van Soest方法测定，蒸爆物料中纤维素为43.9％，半纤维素为6.8％，木质素为11.5％。离子液体再生物料中纤维素为45.0％，半纤维素为6.0％，木质素为11.3％。

经红外(FTIR)纤维素结晶指数分析，蒸爆物料的LOI为3.63，TCI为1.16；离子液体再生物料的LOI为2.34，TCI为0.80。

以蒸爆物料为底物时，DNS法分析酶解液得到还原糖产率为29.12g/100g(底物)，酶解率为59.75％，HPLC分析酶解液中的葡萄糖和木糖分别为35.33g/100g(底物)和2.19g/100g(底物)；

以再生物料(离子液体)为底物时，DNS法分析酶解液的还原糖产率为57.74g/100g(底物)，酶解率高达123.5％，HPLC分析酶解液中的葡萄糖和木糖分别为88.80g/100g(底物)和1.27g/100g(底物)。

表1.木质纤维素原料和蒸汽爆破预处理后的表面积与孔隙度

表2.木质纤维原料及预处理物料酶解糖化液中的还原糖组成

样品	木糖	葡萄糖	纤维二糖
					(g/100g(底物))	(g/100g(底物))	(g/100g(底物))
再力花
				原料(过筛粉料)	2.68±0.25	7.81±0.22	-
蒸爆物料	0.38±0.19	38.65±7.49	-
				再生物料(离子液体)	0.62±0.15	72.11±0.20	2.59±0.22
绿苇
				原料(过筛粉料)	0.00	4.54±0.43	-
蒸爆物料	2.19±0.16	35.33±0.96	-
				再生物料(离子液体)	1.27±0.03	88.80±0.23	3.17±0.12

实施例2

于夏季成熟期取尾水深度处理生态湿地净化基地中的再力花，自然风干后(含水率≤0.5％(重量比))，粗粉碎过60目筛，得到过筛粉料。上述以再力花原料的过筛粉料中纤维素、半纤维素和木质素分别为37.7％、24.3％和14.0％。

取上述1250g过筛粉料，置于蒸汽爆破反应釜(蒸汽爆破仪器产自河南鹤壁正道重机公司)中，于汽爆压力2.5MPa，汽爆维压时间90s条件下进行蒸爆，蒸爆后所得的固体部分收集、干燥(风干至含水率≤0.5％(重量比))得到蒸爆物料。

其余内容等同于实施例1。

经比表面积孔径分析仪(TriStarII3020型，美国Micromeritics公司)测定，蒸爆物料的BET表面积和Langmuir表面积为2.809m²/g和5.042m²/g、空隙吸附累积体积和平均孔径分别为9.360×10^-3cm³/g和134.7nm(表1)。

通过Van Soest方法测定，蒸爆物料中纤维素为37.2％，半纤维素为5.7％，木质素为14.8％。离子液体再生物料中纤维素为37.1％，半纤维素为5.4％，木质素为14.6％。

经红外(FTIR)纤维素结晶指数分析，蒸爆物料的LOI为5.53，TCI为1.22；离子液体再生物料的LOI为2.43，TCI为0.79。

以蒸爆物料为底物时，DNS法分析酶解液得到还原糖产率为24.01g/100g(底物)，酶解率为56.93％，HPLC分析酶解液中的葡萄糖和木糖分别为38.65g/100g(底物)和0.38g/100g(底物)(表2)；

以再生物料(离子液体)为底物时，DNS法分析酶解液的还原糖产率为52.64g/100g(底物)，酶解率高达118.5％，HPLC分析酶解液中的葡萄糖和木糖分别为72.11g/100g(底物)和0.62g/100g(底物)。

以下实验1和实验2是实施例1-2的具体应用。

实验1、

上述实施例1中的绿苇蒸爆物料(蒸爆压力3.0)、离子液体再生物料(蒸爆压力3.0)的酶解液，分别采用厌氧发酵(间歇实验)进行生物制氢转化实验。实验用接种污泥来自临安污水处理厂二沉池的浓缩污泥。接种前将该浓缩污泥在90℃水浴中加热1h以抑制产甲烷菌的活性。在100mL的血清瓶中进行生物制氢试验。向血清瓶中加入20mL经过高温预处理的污泥和60mL酶解液，由于水解液呈酸性，调节混合液初始为pH6.0(不在强碱性条件下厌氧产氢)。用N₂驱除瓶中残余O₂后，迅速用橡胶塞将血清瓶密封，置于水浴摇床(震荡速率为150r/min)中，厌氧发酵温度为60℃。反应过程中产生的气体用集气袋收集，48h后用注射器量取气体体积，气相色谱仪分析气体组成。结果如表3所示，绿苇的蒸爆物料酶解液厌氧发酵得到的氢气为1.45mmol/g(底物)；绿苇的再生物料酶解液厌氧发酵得到的氢气为2.75mmol/g(底物)。

表3.木质纤维原料及预处理物料的酶解率和厌氧发酵产氢率

*蒸汽爆破的维压时间为90s

实验2、

上述实施例2中的再力花蒸爆物料(蒸爆压力2.5)、离子液体再生物料(蒸爆压力2.5)的酶解液，分别采用厌氧发酵(间歇实验)进行生物制氢转化实验。实验用接种污泥来自临安污水处理厂二沉池的浓缩污泥。接种前将该浓缩污泥在90℃水浴中加热1h以抑制产甲烷菌的活性。在100mL的血清瓶中进行生物制氢试验。向血清瓶中加入20mL经过高温预处理的污泥和60mL酶解液，由于水解液呈酸性，调节混合液初始为pH6.0(不在强碱性条件下厌氧产氢)。用N₂驱除瓶中残余O₂后，迅速用橡胶塞将血清瓶密封，置于水浴摇床(震荡速率为150r/min)中，厌氧发酵温度为60℃。反应过程中产生的气体用集气袋收集，48h后用注射器量取气体体积，气相色谱仪分析气体组成。结果如表3所示，再力花的蒸爆物料酶解液厌氧发酵得到的氢气为1.97mmol/g(底物)；再力花的再生物料酶解液厌氧发酵得到的氢气为4.79mmol/g(底物)。

对比例1-1、将实施例1中的离子液体由[Bmim]Cl改成[Bmim]OAc；其余等同于实施例1。

对比例1-2、将实施例1中的汽爆压力MPa3.0改成汽爆压力为0；其余等同于实施例1。

对比例2-1、将实施例2中的离子液体由[Bmim]Cl改成[Bmim]OAc；其余等同于实施例2。

对比例2-2、将实施例2中的汽爆压力MPa2.5改成汽爆压力为0；其余等同于实施例2。

对比实验、将上述所有对比例仅以离子液体再生物料为底物所得的酶解糖化液进行发酵产氢(内容等同于上述实验1、实验2)。

最终所得结果如下表4和表5所述。

表4、酶解糖化液中的还原糖组成

样品	木糖	葡萄糖	纤维二糖
					(g/100g(底物))	(g/100g(底物))	(g/100g(底物))
对比例1-1(绿苇再生物料)	0.89	62.3	2.03
				对比例1-2(绿苇再生物料)	0.00	4.11	-
对比例2-1(再力花再生物料)	0.41	56.5	1.62
				对比例2-2(再力花再生物料)	0.00	7.60	-

表5、厌氧发酵产氢

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.水体修复木质纤维类原料预处理方法，其特征在于依次包括以下步骤：

(1)、粗粉碎：

将水体修复木质纤维原料经自然风干至含水率≤0.5％，粗粉碎过40～60目筛，得过筛粉料；

(2)、蒸汽爆破：

于2.0～3.0MPa的汽爆压力和60～120s的维压时间下，将步骤(1)所得的过筛粉料进行蒸汽爆破预处理；收集蒸爆后的固体部分，干燥至含水率≤0.5％，得蒸爆物料；

(3)、离子液体溶解与物料再生：

按照1:5～1:40质量比，在蒸爆物料中加入离子液体进行溶解处理，所述离子液体为[Bmim]Cl、[Bmim][OAc]；

将溶解处理后蒸爆物料用水作为反溶剂从而析出固体，分离后干燥至含水率≤0.5％，得再生物料；

(4)、酶解糖化：

以步骤(2)所得的蒸爆物料、或者步骤(3)所得的再生物料作为底物进行酶解；

所述酶解为：在底物中加入pH值为4.2～5.2的柠檬酸－柠檬酸钠缓冲液，直至底物的浓度为10～100g/L，然后按照2.5～50FPU纤维素酶/g底物的用量比，加入纤维素酶后，于150～200rpm/min的振荡幅度、35～60℃的酶解温度，酶解反应2～72h，得酶解糖化液。

2.根据权利要求1所述的水体修复木质纤维类原料预处理方法，其特征在于：

所述步骤(3)的溶解处理为以下任意一种：

微波辅助法：于80～800W的微波功率下，处理时间28～76s；

加热法：于85～95℃加热240～400分钟。

3.根据权利要求2所述的水体修复木质纤维类原料预处理方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，作为反溶剂的水为去离子水，去离子水为离子液体的8～10质量倍。

4.根据权利要求2或3所述的水体修复木质纤维类原料预处理方法，其特征在于：

所述步骤(3)分离所得的液体经减压蒸馏，从而回收离子液体。

5.根据权利要求4所述的水体修复木质纤维类原料预处理方法，其特征在于：

所述水体修复木质纤维原料为：绿苇、再力花、芦竹、埃及莎草、旱伞草、柳树。

6.利用权利要求1～5任一方法所得的酶解糖化液进行发酵产氢的方法，其特征在于：将酶解糖化液用于生物制氢。

7.根据权利要求6所述的发酵产氢，其特征在于：生物制氢的方法为活性污泥厌氧发酵法。