CN109355316A - 一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物质预处理和农业废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括以下步骤：(1)首先，选取生物质原料，并依次对生物质原料进行粉碎、过筛；(2)向粉碎、过筛后的生物质原料中，按4～15％的固液比加入经酸化或碱化的四氢糠醇，在100～160℃的温度条件下处理30‑60min，处理结束后再依次进行浸泡、洗涤、抽滤，最后将抽滤后的滤渣烘干并进行酶解发酵试验；本发明利用酸或碱复合四氢糠醇对生物质进行预处理，缩短了生物质预处理的时间，极大地提高了生物质酶解发酵的效率。

Description

一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法
技术领域
本发明涉及生物质预处理和农业废弃物综合利用技术领域，特别涉及一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法。
背景技术
生物质能作为新兴的可再生能源，用它来替代石化资源，是解决今后人类环境、资源和能源问题的必然手段。生物炼制，以生物能源的生产为例，其基本流程为：生物质收集、预处理、组分分离、发酵或化学转化、产品回收和副产品综合利用。其中，生物质预处理占据着重要的地位，而寻找一种高效便捷的预处理方法，需要我们不断地进行研究和试验。
木质纤维素主要是由纤维素、半纤维和木质素组成，它在自然界中广泛存在，储量丰富，然而，虽然木质纤维生物质一直被认为是糖化发酵生产制备生物燃料和其他化学品的可持续资源，但是在没有经过处理之前的纤维素的转化率非常低，主要原因就是其结构的复杂性。木质素纤维素结构异常复杂，其中最为典型的就是纤维素和半纤维素之间的氢键联接，木质素与半纤维素之间通过醚键、缩醛键、酯键、碳-碳键等化学键的连接从而形成的木素-碳水化合物复合体(LCC)。这种结构的普遍存在使得我们再分离和利用木质纤维素时常常遇到阻碍。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，主要是利用廉价易得的硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等酸化或碱化四氢糠醇，从而更好的打破木质纤维素本身复杂的交联结构，破坏木质素和半纤维之间的化学键，使得生物质的木质素和半纤维素更好的脱除，从而增加纤维素酶与纤维素的结合位点，大大提升纤维素酶的酶解效率。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，步骤如下：
(1)首先，选取生物质原料，并依次对生物质原料进行粉碎、过筛；
(2)向粉碎、过筛后的生物质原料中，按4～15％的固液比加入经酸化或碱化的四氢糠醇，在100～160℃的温度条件下处理30-60min，处理结束后再依次进行浸泡、洗涤、抽滤，最后将抽滤后的滤渣烘干并进行酶解发酵。
优选的，所述步骤(1)中生物质原料为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、豆秸秆、高粱秸秆、甜高粱秸秆、苜蓿、皇竹草、芒草、柳枝稷、速生柳中任意一种。
优选的，所述步骤(1)中生物质原料粉碎后的粒径为20～100目。
优选的，所述步骤(2)中四氢糠醇经酸化的酸添加量和经碱化的碱添加量为均为40～100mM/L，所用的酸为硫酸、盐酸、醋酸中任意一种，所用的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
优选的，所述步骤(2)中浸泡所用的溶液为80～160mM/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，对滤渣烘干的温度为30～50℃。
优选的，预处理后的生物质原料主要应用于酶解产糖，生产液体燃料或化工产品，固态发酵基质，生产动物饲料，厌氧发酵。
(三)有益效果
本发明主要是利用廉价易得的硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等酸化或碱化四氢糠醇，然后在一定条件下反应一段时间，从而更好的打破木质纤维素本身复杂的交联结构，破坏木质素和半纤维之间的化学键，使得生物质的木质素和半纤维素更好的脱除，从而增加纤维素酶与纤维素的结合位点，大大提升纤维素酶的酶解效率。与现有技术相比具有以下优势：
1、强化方式简单方便，强化试剂廉价易得。
2、处理温度降低，节约能耗。
3、处理时间短，缩短了试验周期，极大的提升了处理效率。
4、四氢糠醇可由生物质为原料进行生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需；要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中强化四氢糠醇预处理木质纤维素的操作流程图；
图2为本发明中不同处理液对玉米杆酶解发酵的影响；
图3为本发明中不同固液比的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响；
图4为本发明中不同酸浓度的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响；
图5为本发明中不同温度的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由图1可知，一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，步骤如下：
(1)首先，选取生物质原料，并依次对生物质原料进行粉碎、过筛；
(2)向粉碎、过筛后的生物质原料中，按4～15％的固液比加入经酸化或碱化的四氢糠醇，在100～160℃的温度条件下处理30-60min，处理结束后再依次进行浸泡、洗涤、抽滤，最后将抽滤后的滤渣烘干并进行酶解发酵试验。
实施例1
玉米叶经过晒干粉碎后过2mm筛，取20g作为生物质原料，按8％的固液比加入250ml经硫酸酸化的四氢糠醇(硫酸的添加量为80mM/L)，反应温度为135℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/L NaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后对烘干样进行酶解发酵试验。
经分析，酶解效率达到86.71％，乙醇转化率为78.06％。
实施例2
玉米杆经过晒干粉碎后过2mm筛，取25g作为生物质原料，按10％的固液比加入250ml经硫酸酸化的四氢糠醇(硫酸的添加量为40mM/L)，反应温度为105℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/L NaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后对烘干样进行酶解发酵试验。
经分析，酶解效率达到72％，乙醇转化率为63％。
实施例3
玉米棒经过晒干粉碎后过2mm筛，取20g作为生物质原料，按8％的固液比加入250ml经氢氧化钠碱化的四氢糠醇(氢氧化钠的添加量为80mM/L)，反应温度为120℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后对烘干样进行酶解发酵试验。
经分析，酶解效率达到68.92％，乙醇转化率为63.87％。
实施例4
水稻杆经过晒干粉碎后过2mm筛，取20g作为生物质原料，按8％的固液比加入250ml经硫酸酸化的四氢糠醇(硫酸的添加量为160mM/L)，反应温度为120℃，反应时间为60min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干。然后对烘干样进行酶解发酵试验。
经分析，酶解效率达到91.02％，乙醇转化率为84.10％。
另外，本发明针对了不同处理液对玉米杆酶解发酵的影响进行研究，具体如图2所示；本发明针对了不同固液比的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响进行研究，具体如图3所示；本发明针对了不同酸浓度的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响进行研究，具体如图4所示；本发明针对了不同温度的酸化四氢糠醇对玉米杆酶解发酵的影响进行研究，具体如图5所示；预处理后的生物质原料主要应用于酶解产糖，生产液体燃料或化工产品，固态发酵基质，生产动物饲料，厌氧发酵等领域。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先，选取生物质原料，并依次对生物质原料进行粉碎、过筛；
(2)向粉碎、过筛后的生物质原料中，按4～15％的固液比加入经酸化或碱化的四氢糠醇，在100～160℃的温度条件下处理30-60min，处理结束后再依次进行浸泡、洗涤、抽滤，最后将抽滤后的滤渣烘干并进行酶解发酵。
2.如权利要求1所述的一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述步骤(1)中生物质原料为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、豆秸秆、高粱秸秆、甜高粱秸秆、苜蓿、皇竹草、芒草、柳枝稷、速生柳中任意一种。
3.如权利要求1所述的一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述步骤(1)中生物质原料粉碎后的粒径为20～100目。
4.如权利要求1所述的一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中四氢糠醇经酸化的酸添加量和经碱化的碱添加量为均为40～100mM/L，所用的酸为硫酸、盐酸、醋酸中任意一种，所用的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
5.如权利要求1所述的一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中浸泡所用的溶液为80～160mM/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，对滤渣烘干的温度为30～50℃。
6.如权利要求1所述的一种强化四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于：预处理后的生物质原料主要应用于酶解产糖，生产液体燃料或化工产品，固态发酵基质，生产动物饲料，厌氧发酵。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113024492A (zh) * 2021-03-25 2021-06-25 北京林业大学 一种基于四氢糠醇/水的玉米秸秆综合利用的方法
CN113527710A (zh) * 2021-06-08 2021-10-22 安徽工业大学 一种碱性四氢糠醇从核桃壳中分级沉降提取低分子量木质素的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU672260A1 (ru) * 1977-11-09 1979-07-05 Архангельский Ордена Трудового Красного Знамени Лесотехнический Институт Им. В.В.Куйбышева Способ делигнификации лигноцеллюлозного материала
CN103298770A (zh) * 2010-12-30 2013-09-11 维仁特公司 有机催化降解生物质
US20150166898A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Shell Oil Company Biomass pretreatment for hydrothermal hydrocatalytic conversion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU672260A1 (ru) * 1977-11-09 1979-07-05 Архангельский Ордена Трудового Красного Знамени Лесотехнический Институт Им. В.В.Куйбышева Способ делигнификации лигноцеллюлозного материала
CN103298770A (zh) * 2010-12-30 2013-09-11 维仁特公司 有机催化降解生物质
US20150166898A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Shell Oil Company Biomass pretreatment for hydrothermal hydrocatalytic conversion

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113024492A (zh) * 2021-03-25 2021-06-25 北京林业大学 一种基于四氢糠醇/水的玉米秸秆综合利用的方法
CN113527710A (zh) * 2021-06-08 2021-10-22 安徽工业大学 一种碱性四氢糠醇从核桃壳中分级沉降提取低分子量木质素的方法

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