CN109652599A - 一种木质纤维素生物质的预处理方法 - Google Patents

一种木质纤维素生物质的预处理方法 Download PDF

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张立波
李成阳
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Abstract

本发明所述的一种木质纤维素生物质的预处理方法，该方法首先将酸溶于水中，加入γ戊内酯配成混合液，在低温度下处理木质纤维素的生物质，最后将处理好的木质纤维素进一步水解为糖类化合物，木质纤维素水解阶段，单糖类化合物的浓度可以达到120‑180g/L，该方法实现低温下，能量消耗较小，使得木质纤维素的生物质高效转化为糖类化合物。

Description

一种木质纤维素生物质的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种木质纤维素生物质的预处理方法。
背景技术：
目前，许多化学品，材料，燃料仍然以石化产品为主要的原料，但是由于资源的有限，巨大的消耗以及与之相关的环境问题，已经引起了人们的广泛关注。一种可替代石化资源用于化学品和燃料制造的可再生能源木质纤维素的生物质资源逐渐进入到各国科学家和化工企业的视野。
为了实现以木质纤维素的生物质为原料，可持续的生产化学品，燃料的研究工作如雨后春笋般呈现着几何级的增长。通过生物或化学的方法，先将生物质转化为糖，然后将糖转化为氢气，碳氢化合物燃料，呋喃，醇，酸，食品添加剂等。近年来，已经发展了几种主要的将木质纤维素的生物质转化为糖的路线，木质纤维素的生物质预处理之后，酸解和酶解的研究最多。酶解被认为是最有前途的木质纤维素制糖的研究路线，但是该路线受制于预处理技术的经济性和高效性。
一种预处理技术的经济性和高效性应当适用于各种类型的木质纤维素生物质。特别重要的是能量消耗的最小化，木质纤维素回收的最大化，糖类降解的最小化，同时得到易于转化的木质纤维素的底物，从而使得酶的使用量最小化。
过去的几十年里，已经发展了多种木质纤维素的生物质预处理的技术。石灰，稀酸，浓磷酸，热水，蒸汽爆破，有机溶剂预处理，离子液体预处理都取得了一定的成功。其中，稀酸，热水，蒸汽爆破受制于高的处理温度(≥170度)，造成糖的降解。有机溶剂预处理一般包括蒸馏，需要一定的能量消耗。低温处理往往需要使用高浓度或大量的酸，氨水，离子液体等，这将引起一系列的后处理问题，如中和过量的酸碱，设备的腐蚀等问题。因此，发展一种低温预处理不需要蒸馏，同时使得催化剂的量最小化的方法预处理生物质亟待研究。
经研究表明：采用生物质基础的γ戊内酯和稀酸处理木质纤维素的生物质，可以实现低温下生物质转化为糖类化合物。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种木质纤维素生物质的预处理方法，该方法首先将酸溶于水中，加入γ戊内酯配成混合液，在低温度下处理木质纤维素的生物质，最后将处理好的木质纤维素进一步水解为糖类化合物，木质纤维素水解阶段，单糖类化合物的浓度可以达到120-180g/L，该方法实现低温下，能量消耗较小，使得木质纤维素的生物质高效转化为糖类化合物。
本发明所述的一种木质纤维素预处理的方法，该方法将酸溶于水中，然后和γ戊内酯配成混合液，在低温度下处理木质纤维素的生物质，再将将处理好的木质纤维素进一步水解为糖类化合物，具体操作按下列步骤进行：
a、将杂多酸溶解到去离子水中，加热煮沸0.5-2小时，冷却至室温，密闭，保存，其中杂多酸为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或硅钼酸；杂多酸的浓度为15-100mmol/L
b、将γ戊内酯与步骤a中的杂多酸溶液配成质量比为1:9-4:6的混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液与木质纤维素的生物质依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度80-130℃下搅拌1-4小时；冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中，其中木质纤维素的生物质为杨木、棉花干、麦秆或松木；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为3-4％的硫酸或盐酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度120-150℃下加热1-3小时，即得到浓度120-180g/L的单糖类化合物。
发明所述的一种木质纤维素预处理的方法与现有的方法相比，具有的实质性特点为：
1.反应条件相对温和、反应时间相对较短；
2.预处理和进一步水解的温度较低，单糖化合物的收率相对较高。
具体实施方式
实施例1
a、将磷钨酸溶解到去离子水中，配置成浓度为15mmol/L的溶液，加热煮沸0.5小时，冷却至室温，密闭，保存；
b、按质量比为1:9将γ戊内酯与步骤a中的磷钨酸溶液配置成混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液与木质纤维素的生物质为杨木依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度80℃下搅拌1小时；冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为3％的硫酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度120℃下加热1小时，即得到浓度120g/L的单糖类化合物。
实施例2
a、将磷钼酸溶解到去离子水中，配置成浓度为50mmol/L的溶液，加热煮沸1小时，冷却至室温，密闭，保存；
b、按质量比4:6将γ戊内酯与步骤a中的磷钼酸溶液配成混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液与木质纤维素的生物质棉花干依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度100℃下搅拌2小时，冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为4％的盐酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度130℃下加热2小时，即得到浓度140g/L的单糖类化合物。
实施例3
a、将硅钨酸溶解到去离子水中，配置成浓度为80mmol/L的溶液，加热煮沸1.5小时，冷却至室温，密闭，保存；
b、按质量比为3:7将γ戊内酯与步骤a中的硅钨酸溶液配成混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液与木质纤维素的生物质麦秆依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度110℃下搅拌3小时；冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为3％的硫酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度140℃下加热3小时，即得到浓度160g/L的单糖类化合物。
实施例4
a、将硅钼酸溶解到去离子水中，配置成浓度为100mmol/L的溶液，加热煮沸2小时，冷却至室温，密闭，保存；
b、按质量比为2:8将γ戊内酯与步骤a中的硅钼酸溶液配成混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液与木质纤维素的生物质松木依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度130℃下搅拌4小时，冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为4％的盐酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度150℃下加热3小时，即得到浓度180g/L的单糖类化合物。

Claims (1)

1.一种木质纤维素预处理的方法，其特征在于，该方法将酸溶于水中，然后和γ戊内酯配成混合液，在低温度下处理木质纤维素的生物质，再将将处理好的木质纤维素进一步水解为糖类化合物，具体操作按下列步骤进行：
a、将杂多酸溶解到去离子水中，加热煮沸0.5-2小时，冷却至室温，密闭，保存，其中杂多酸为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或硅钼酸；杂多酸的浓度为15-100mmol/L
b、将γ戊内酯与步骤a中的杂多酸溶液配成质量比为1:9-4:6的混合溶液；
c、将步骤b的混合溶液和木质纤维素的生物质依次引入到玻璃反应器中，密闭，在温度80-130℃下搅拌1-4小时；冷却至室温，过滤，洗涤，得到固体滤饼，储存在冰箱的冷藏室中，其中木质纤维素的生物质为杨木、棉花干、麦秆或松木；
d、将c步骤得到的滤饼与质量浓度为3-4%的硫酸或盐酸溶液依次引入到玻璃反应器中，在温度120-150℃下加热1-3小时，即得到浓度120-180g/L的单糖类化合物。
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