CN107058406A - 一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，用氯化钠溶液，浸泡木材废弃物，后干燥至含水量小于9%；粉碎，过筛；加入丙酮、丙醇、磷酸钠盐混合均匀，加热，在搅拌转速为100‑150r/min下预处理0.5‑0.9h，冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；添加质量分数为3‑6%的纤维素处理剂在28‑33℃的厌氧条件下，放置3‑6天，得混合液；接入质量为混合液质量6‑9%酵母菌发酵，控制温度为23‑25℃，经脱水制得。本发明用木材废弃物生产乙醇，通过对木材废弃物进行预处理，加入纤维素处理剂等工序制得乙醇，本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺，实现资源利用。

Description

一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法
技术领域
本发明属于生物质乙醇生产技术领域，具体地，涉及一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法。
背景技术
随着人口的增长资源的逐渐枯竭，新能源开发研究是人类面临的最主要挑战。以纤维素原料生产可再生清洁能源日益受到广泛关注，而以农作物废弃物为原料生产燃料乙醇被认为是最有发展前景的产业。
木材加工时剩余的树枝、树叶和树皮，边角余料和锯屑，以及公园树木和人行道两边树木的修剪枝桠等都作为废弃物直接丢弃或烧掉，直接烧掉时发热量低、造成浪费资源；也有将一部分木材废弃物添加化学胶粘剂进行固化后使用，但这种含有化学胶粘剂的木制品不利于二次再利用，易污染环境。因此，对于开发即能充分利用这些废弃物，又能保证不污染环境、可多次回收再利用的方法具有重要的意义。
木材废弃物的边角余料、树枝、树叶和树皮含有丰富的木质纤维，但目前还没有关于利用木材废弃物的边角余料、树枝、树叶和树皮等生产乙醇的报道。
利用木质纤维材料制取生物乙醇对缓解能源危机与环境恶化有重要的意义。但在酶水解过程中，由于部分纤维素酶和半纤维素酶不可逆的以无效吸附的方式吸附在底物特别是木质素表面会导致酶活性的损失，此外纤维素本身的结晶结构和半纤维素结构的复杂性也是导致水解效率低的重要因素。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，用木材废弃物生产乙醇，通过对木材废弃物进行预处理，加入纤维素处理剂等工序制得乙醇，本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺，实现资源利用。
根据本发明提供的一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为5-9%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物2-3h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为5-8%丙酮、质量浓度为50-70%丙醇、质量浓度为3-6%磷酸钠盐混合均匀，加热至55-65℃，在搅拌转速为100-150r/min下预处理0.5-0.9h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为10-16:16-20:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:16-19g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为3-6%的纤维素处理剂在28-33℃的厌氧条件下，放置3-6天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量6-9%酵母菌发酵，控制温度为23-25℃，经脱水制得。
优选地，所述干燥温度为98-105℃。
优选地，所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
优选地，所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.18%-0.21%、0.02%-0.05%、0.16%-0.20%、0.08%-0.11%、0.14%-0.16%。
优选地，所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.1份、里氏木霉0.5-1.2份、木素木霉0.5-1.3份、米曲霉0.4-1.4份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钾0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
优选地，所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
优选地，所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为10-30目。
优选地，所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为15目。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明用木材废弃物生产乙醇，通过对木材废弃物进行预处理，加入纤维素处理剂等工序制得乙醇，本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺，实现资源利用；
（2）本发明制备乙醇成本低，原材料来源广；
（3）本发明制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；
（4）本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺；
（5）本发明工艺过程反应条件温和，能源消耗少，有利于相关技术的推广和应用；
（6）本发的方法制得乙醇得率为85.10-87.25%，乙醇纯度达99.71%。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明的目的是提供一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，用木材废弃物生产乙醇，通过对木材废弃物进行预处理，加入纤维素处理剂等工序制得乙醇，本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺，实现资源利用。
根据本发明提供的一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为5-9%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物2-3h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为5-8%丙酮、质量浓度为50-70%丙醇、质量浓度为3-6%磷酸钠盐混合均匀，加热至55-65℃，在搅拌转速为100-150r/min下预处理0.5-0.9h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为10-16:16-20:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:16-19g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为3-6%的纤维素处理剂在28-33℃的厌氧条件下，放置3-6天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量6-9%酵母菌发酵，控制温度为23-25℃，经脱水制得。
优选地，所述干燥温度为98-105℃。
优选地，所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
优选地，所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.18%-0.21%、0.02%-0.05%、0.16%-0.20%、0.08%-0.11%、0.14%-0.16%。
优选地，所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.1份、里氏木霉0.5-1.2份、木素木霉0.5-1.3份、米曲霉0.4-1.4份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钾0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
优选地，所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
优选地，所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为10-30目。
优选地，所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为15目。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明用木材废弃物生产乙醇，通过对木材废弃物进行预处理，加入纤维素处理剂等工序制得乙醇，本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺，实现资源利用；
（2）本发明制备乙醇成本低，原材料来源广；
（3）本发明制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；
（4）本发明乙醇转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺；
（5）本发明工艺过程反应条件温和，能源消耗少，有利于相关技术的推广和应用；
（6）本发的方法制得乙醇得率为85.10-87.25%，乙醇纯度达99.71%。
实施例1
本实施例提供的一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为9%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物2h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为8%丙酮、质量浓度为50%丙醇、质量浓度为6%磷酸钠盐混合均匀，加热至55℃，在搅拌转速为150r/min下预处理0.5h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为16:16:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:19g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为3%的纤维素处理剂在33℃的厌氧条件下，放置3天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量9%酵母菌发酵，控制温度为23℃，经脱水制得。
所述干燥温度为105℃。
所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.18%、0.05%、0.16%、0.11%、0.14%。
所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌1.1份、里氏木霉0.5份、木素木霉1.3份、米曲霉0.4份、黑曲霉1.1份的混合菌种，以及氯化钾0.5份和麦芽糖1.3份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为30目。
实施例2
本实施例提供的一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为5%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物3h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为5%丙酮、质量浓度为70%丙醇、质量浓度为3%磷酸钠盐混合均匀，加热至65℃，在搅拌转速为100r/min下预处理0.9h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为10:20:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:16g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为6%的纤维素处理剂在28℃的厌氧条件下，放置6天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量6%酵母菌发酵，控制温度为25℃，经脱水制得。
所述干燥温度为98℃。
所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.18%、0.05%、0.16%、0.11%、0.14%。
所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5份、里氏木霉1.2份、木素木霉0.5份、米曲霉1.4份、黑曲霉0.5份的混合菌种，以及氯化钾1.2份和麦芽糖0.5份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为10目。
实施例3
本实施例提供的一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为7%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物3h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为7%丙酮、质量浓度为60%丙醇、质量浓度为5%磷酸钠盐混合均匀，加热至58℃，在搅拌转速为140r/min下预处理0.8h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为14:18:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:17g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为5%的纤维素处理剂在29℃的厌氧条件下，放置5天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量6-9%酵母菌发酵，控制温度为24℃，经脱水制得。
所述干燥温度为99℃。
所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.19%、0.04%、0.17%、0.09%、0.15%。
所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.8份、里氏木霉0.9份、木素木霉0.7份、米曲霉0.8份、黑曲霉0.9份的混合菌种，以及氯化钾0.9份和麦芽糖1.2份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为15目。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用质量浓度为5-9%的氯化钠溶液，浸泡木材废弃物2-3h，浸泡后将木材废弃物干燥至含水量小于9%，制得干木材废弃物；
（2）将步骤（1）制得的干木材废弃物粉碎，过筛，制得木材废弃物颗粒；
（3）将步骤（2）制得的木材废弃物颗粒加入质量浓度为5-8%丙酮、质量浓度为50-70%丙醇、质量浓度为3-6%磷酸钠盐混合均匀，加热至55-65℃，在搅拌转速为100-150r/min下预处理0.5-0.9h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的木材废弃物颗粒；所述丙酮溶液、丙醇溶液、磷酸钠盐溶液的体积比为10-16:16-20:1，所述木材废弃物颗粒体积与丙酮、丙醇和磷酸钠盐溶液总体积比为1:16-19g/mL；
（4）向步骤（3）混合液中添加质量分数为3-6%的纤维素处理剂在28-33℃的厌氧条件下，放置3-6天；
（5）将步骤（4）制得的纤维素混合液中接入质量为混合液质量6-9%酵母菌发酵，控制温度为23-25℃，经脱水制得。
2.根据权利要求1所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述干燥温度为98-105℃。
3.根据权利要求1所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（5）添加精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙。
4.根据权利要求1所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述精氨酸、绿豆粉、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为混合液质量的0.18%-0.21%、0.02%-0.05%、0.16%-0.20%、0.08%-0.11%、0.14%-0.16%。
5.根据权利要求1所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（4）纤维素处理剂包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.1份、里氏木霉0.5-1.2份、木素木霉0.5-1.3份、米曲霉0.4-1.4份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钾0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
6.根据权利要求5所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、黑曲霉的混合菌种，以及氯化钾和麦芽糖分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
7.根据权利要求1所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为10-30目。
8.根据权利要求7所述的利用木材废弃物制备生物质乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（2）木材废弃物颗粒粒经为15目。
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