CN105801633A - 一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法 - Google Patents

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常冬冬
张洪勋
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Abstract

本发明公开了一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法，其特征在于，包括在热解液中添加硫酸进行反应，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖，向水解液中添加Ca(OH)2调节pH至6.0，并用2:1体积比的乙酸乙酯来萃取处理，移除上层的乙酸乙酯，添加10%质量浓度的硅藻土振荡处理，过滤后放置在60℃的烘箱里直至残留的乙酸乙酯完全挥发。本发明的有益之处在于：可以高效快速地去除纤维素热解产物水解液中的有毒化合物，所用材料和试剂廉价易得且处理过程具有环境友好性，便于后续生物发酵生产清洁能源。

Description

一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法
技术领域
本发明属于纤维素生物质热解液的脱毒领域，涉及纤维素热解液水解后的脱毒以及脱毒后的生物毒性检测。
背景技术
能源是现代社会发展的基础，然而随着煤和石油等不可再生化石燃料的不断消耗及全球性环境污染问题的日益加剧，可再生性清洁能源的发展受到了越来越多的重视。纤维素生物质在地球上存量巨大，将其转化成清洁能源具有重要意义，而其中微生物发酵是一条重要途径。
纤维素物质的大分子结构特点导致其难以被直接利用，因此必须将其降解成单糖或二糖的形式才能被微生物发酵。而如今降解纤维素普遍采用的酸解及酶解方法二次污染严重，反应时间长及工艺成本高，因此近年来有学者提出利用真空热解技术来快速分解纤维素成单糖。纤维素热解后的主要产物是一种叫做内醚糖（levoglucosan，C6H10O5）的单糖，它是葡萄糖的一种脱水缩合形式，其本身不能被微生物直接利用，但可以经水解转化为微生物发酵的通用底物——葡萄糖。然而纤维素热解生成内醚糖的同时也会生成许多其他的副产物，其中的呋喃类、酮类、醛类、有机酸类和酚等芳香族类化合物对微生物具有强烈的抑制毒性，可以抑制微生物的发酵，因此发酵前必须对热解液进行脱毒处理，以去除这些具有生物毒性的小分子化合物。由此可见，对热解液水解后进行脱毒处理具有重要的实际意义，是纤维素向清洁能源转化进程的众多障碍中的“最后一公里”。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法，以供微生物发酵生产乙醇。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法，其特征在于，包括在热解液中添加硫酸进行反应，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖；
向水解液中添加Ca(OH)2调节pH至6.0，并用2:1体积比的乙酸乙酯来萃取处理，移除上层的乙酸乙酯，添加10%质量浓度的硅藻土振荡处理，过滤后放置在60℃的烘箱里直至残留的乙酸乙酯完全挥发。
进一步地，热解液中添加硫酸具体过程为，在热解液中添加硫酸至0.2mol/L，并在0.1Mpa、120℃的环境下反应25分钟，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖。
本发明的有益之处在于：
1、通过热解液中添加硫酸进行反应，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖，可以高效快速地去除纤维素热解产物水解液中的有毒化合物；
2、所用材料和试剂廉价易得且处理过程具有环境友好性，便于后续生物发酵生产清洁能源。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中的原料如无特殊说明，均来源于市售。
以废棉絮的热解液作为研究对象，在热解液中添加硫酸至0.2mol/L，并在0.1Mpa、120℃的环境下反应25分钟，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖。
随后向水解液中添加Ca(OH)2调节pH至6.0，并用2:1体积比的乙酸乙酯来萃取处理，移除上层的乙酸乙酯，添加10%质量浓度的硅藻土振荡处理，过滤后放置在60℃的烘箱里直至残留的乙酸乙酯完全挥发。
对处理前和处理后的热解液进行GC-MS检测，观察热解液中有毒化合物如甲酸、乙酸、5-羟甲基糖醛和糠醛浓度的变化，发现这些物质在脱毒处理后都几乎检测不到，去除率>95%，证明本方法能成功去除有毒化合物。
为进一步验证脱毒效果，本研究选用酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)和产乙醇大肠杆菌(Escherichiacoli)继续对经过以上处理得到的水解液（主要成分为葡萄糖）进行发酵，并以纯葡萄糖为对照组同时发酵，发现水解液被发酵后的乙醇产量和产率接近于对照组，没有受到有毒化合物的干扰和抑制，更加地证明了本方法的可行和实用性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种对纤维素热解液水解产物脱毒的方法，其特征在于，包括在热解液中添加硫酸进行反应，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖；
向水解液中添加Ca(OH)2调节pH至6.0，并用2:1体积比的乙酸乙酯来萃取处理，移除上层的乙酸乙酯，添加10%质量浓度的硅藻土振荡处理，过滤后放置在60℃的烘箱里直至残留的乙酸乙酯完全挥发。
2.根据权利要求1所述的对纤维素热解液水解产物脱毒的方法，其特征在于，热解液中添加硫酸具体过程为，在热解液中添加硫酸至0.2mol/L，并在0.1Mpa、120℃的环境下反应25分钟，使热解液中的脱水糖类100%转化为葡萄糖。
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Title
余志晟等: "《纤维素热解液体发酵制乙醇》", 《过程工程学报》 *

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