CN117719039A - 一种木竹的高效组合预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，属于生物化工技术领域。本发明公开的预处理方法，将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，整个过程可以在常压、室温下进行，不仅能够有效破坏木竹中纤维素的结晶结构，而且能够有效去除木竹中含有的大量木质素成分，且不会对木竹本身造成化学改性。该方法既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了生物处理效率低的问题，是一种有益于环境的“绿色高效”预处理方法。
Description
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种木竹的高效组合预处理方法。
背景技术
近年来，能源和环境问题日益成为人们关注的焦点。生物质能为解决能源、资源与环境问题提供了一个可持续发展的途径。木竹是一种重要的建筑材料，是理想的可再生天然植物资源。木竹中含有大量的木质素，木质素作为细胞壁的三大成分之一，能提高细胞壁的物理性能和防水性能，起到增强木竹强度和刚性的作用，但同时它也会影响木竹的性能表现，如使木竹变硬、对植物纤维素降解的抑制等，这些都对木竹的加工利用有着重要影响。因此，为实现木竹中资源的高效利用，需要对木竹进行预处理，分离出细胞壁中的木质素并做超细化处理，提高其利用率。
目前，已提出多种方法去除木竹中的木质素，但都未达到理想要求，如使用强酸强碱等试剂在分离过程中容易发生化学改性，加之药剂消耗量大，对环境不友好；一些离子液体由于有一定的毒性且高昂的成本限制了其工业应用；利用有机溶剂萃取木质素备受关注，但其得率较低。因此，需要开发一种高效的预处理方法，破除木竹纤维中的木质素结构，并对原料进行超细化粉碎，为木竹的工业化利用提供技术支持。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种木竹的高效组合预处理方法，用以解决现有方法在去除木竹中的木质素采取的预处理方法容易对木竹本身造成化学改性、环境不友好以及处理效率低等技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，得到预处理后的木竹；
其中，汽爆处理的方法为：将木竹进行粉碎处理后加入汽爆处理装置中进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料。
进一步地，所述粉碎处理是采用粉碎机对木竹进行粗粉碎，得到粉碎物，将粉碎物过筛后进行汽爆处理；
所述过筛的范围为30-80目。
进一步地，所述汽爆处理的条件为：压力范围为0.8-2.0MPa、时间范围为1-15min；所述木竹进行粉碎处理、过筛后分批次加入汽爆处理装置中进行汽爆处理。
进一步地，所述汽爆后的湿物料依次进行干湿分离和干燥处理，得到干燥后的干物料；随后将干燥后的干物料进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；所述干燥处理的温度为100-105℃，时间为12-24h。
进一步地，所述球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：10-1：25，球磨的转速为300-1200rpm，球磨时间为5-30min；
所述球磨处理的设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。
进一步地，所述臭氧处理的方法为：
S1：将球磨处理后的木竹和水混合均匀，之后通入臭氧进行处理，得到臭氧处理后的木竹；
S2：随后在臭氧处理后的木竹中加入水，混合均匀后静置，之后依次采用过滤、抽滤、离心的方式收集木竹固体，得到水洗除酸后的木竹；
所述静置的时间为1.0-2.5h；所述臭氧的浓度为30-90mg/L，臭氧流动速率为0.4-2.0L/h，臭氧处理的时间为1-3h；
S1中，所述水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为（0.8-2.5）L：1kg；
S2中，所述水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为（3-15）L：1kg。
进一步地，所述酶解处理是在柠檬酸钠缓冲液中进行；所述柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为（3-15）L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中包含有复合纤维素酶和降解木质素的酶；
其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；
所述柠檬酸钠缓冲液中，外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶的浓度分别为5-10IU/g、5-10IU/g、1-8CBU/g、100-800IU/g和50-200IU/g；
所述酶解处理的温度为40-55℃，时间为8-20h。
进一步地，所述酶解处理和漂白处理之间还包括精磨处理，所述精磨处理是将进行酶解处理之后得到的酶解后的酶解液移入球磨设备中进行精磨处理；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球质量比为1：20-1：30，精磨处理的时间为6-12h，精磨处理的转速为1500-3000rpm；
所述球磨设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。
进一步地，所述漂白处理是在双氧水中进行；所述双氧水的质量浓度为3%-12%；
所述漂白处理之后还进行干燥处理，得到预处理后的木竹。
进一步地，所述预处理后的木竹的粒度为5000-10000目。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，整个过程可以在常压、室温下进行，不仅能够有效的破坏木竹中纤维素的结晶结构，而且能够有效去除木竹中含有的大量木质素成分，且不会对木竹本身造成化学改性。其中，预处理过程中的汽爆处理将渗进木竹组织内部的蒸汽分子瞬时释放完毕，将蒸汽的内能转化为机械能并作用木竹组织的细胞层间，用较少的能量将木竹进行分解，既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了生物处理效率低的问题，提供了一种有益于环境的“绿色高效”预处理方法；其次，臭氧处理过程中，利用臭氧的强氧化与自催化作用可高效破除木竹纤维细胞壁中的木质素结构，在制备过程中所用的材料均为可回收重复利用的溶剂，制备过程中不产生废气、废水，且不产生对后续酶解发酵有毒有害的化合物，提高了后续纤维素酶和降解木质素酶的可及性和处理效率，是一种环境友好的预处理方法；另外，酶解处理是利用复合纤维素酶和降解木质素的酶混合利用的方式高效地对木竹进行预处理，得到的酶解后的酶解液既可以用于后续加工，得到粒径更小的硬质炭产品，也可以直接用于生产生物能源、制作生物肥料和其他生物质产品，且不会产生有负面或抑制作用的毒性有害成分，减少了后续处理净化的操作成本，同样也是一种高效环境友好的预处理方法；再者，漂白处理是利用双氧水的强氧化性，且具有无污染、对产品无腐蚀性的优越性特点，对因长时间处理过程中木竹氧化导致变黄的现象进行漂白处理，最终获得所需粒度要求的木竹粉产品。
附图说明
图1为本发明木竹的高效组合预处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值（包括整数与分数）。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
如图1所示，本发明提供了一种木竹的高效组合预处理方法，具体步骤如下：
步骤1：将木竹用粉碎机进行粗粉碎，粉碎物过30-80目筛，取筛下物；
步骤2：将筛下物分批次加入汽爆处理装置中进行汽爆处理，汽爆处理的条件为：压力范围为0.8-2.0MPa、时间范围为1-15min，得到汽爆后的湿物料；将汽爆后的湿物料进行干湿分离（倒去湿物料中的水分），之后在100-105℃的烘箱中干燥处理12-24h，得到干燥后的干物料；
步骤3：将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理（粗磨），得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：10-1：25，球磨的转速为300-1200rpm，球磨时间为5-30min；
步骤4：取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀；其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为（0.8-2.5）L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为30-90mg/L，臭氧流动速率为0.4-2.0L/h，臭氧处理时间为1-3h；在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置1.0-2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为（3-15）L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心的方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
步骤5：在水洗除酸后的木竹中加入pH为4.8-5.0的柠檬酸钠缓冲液，进行酶解处理，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为（3-15）L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；
柠檬酸钠缓冲液中包括5-10IU/g的外-β-葡聚糖酶、5-10IU/g的内-β-葡聚糖酶、1-8CBU/g的β-葡萄糖苷酶、100-800IU/g的木聚糖酶和50-200IU/g的木质素过氧化物酶；酶解处理的温度为45-55℃，时间为8-20h；
步骤6：将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球质量比为1：20-1：30，精磨处理的转速为1500-3000rpm，精磨处理的时间为6-12h；
步骤7：将精磨的湿物料在100-105℃的烘箱中干燥12-24h，得到干燥处理后的干物料；
步骤8：利用双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，所用双氧水的质量浓度范围为3%-12%，得到双氧水漂白后的湿物料；
步骤9：将双氧水漂白后的湿物料在100-105℃的烘箱中干燥12-24h，得到粒度为5000-10000目的预处理后的木竹。
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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“%”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过50目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为0.8MPa，时间为5min；将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：15，球磨的转速为800rpm，球磨时间为20min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为50mg/L，臭氧流动速率为0.8L/h，臭氧处理时间为1.5h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心的方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在45℃下进行酶解处理8h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶的浓度分别为：5IU/g、5IU/g、8CBU/g、450IU/g和150IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：20，精磨处理的转速为2000rpm，精磨处理的时间为8h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例2
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过50目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为1.6MPa，时间为10min；将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：15，球磨的转速为800rpm，球磨时间为20min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为50mg/L，臭氧流动速率为0.8L/h，臭氧处理时间为1.5h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在45℃下进行酶解处理8h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：5IU/g、5IU/g、8CBU/g、450IU/g和150IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：20，精磨处理的转速为2000rpm，精磨处理的时间为8h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例3
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过80目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为0.8MPa，时间为5min，将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：20，球磨的转速为1200rpm，球磨时间为30min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为50mg/L，臭氧流动速率为1.5L/h，臭氧处理时间为1.5h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在45℃下进行酶解处理8h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：5IU/g、5IU/g、8CBU/g、450IU/g和150IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到次精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：30，精磨处理的转速为2500rpm，精磨处理的时间为12h；
将次精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例4
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过50目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为0.8MPa，时间为5min，将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：15，球磨的转速为800rpm，球磨时间为20min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为90mg/L，臭氧流动速率为2.0L/h，臭氧处理时间为3h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在45℃下进行酶解处理8h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：5IU/g、5IU/g、8CBU/g、450IU/g和150IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：20，精磨处理的转速为2000rpm，精磨处理的时间为8h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例5
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过50目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为1.5MPa，时间为20min；将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：15，球磨的转速为800rpm，球磨时间为20min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为50mg/L，臭氧流动速率为0.8L/h，臭氧处理时间为1.5h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在50℃下进行酶解处理15h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为15L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：8IU/g、8IU/g、15CBU/g、800IU/g和450IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：20，精磨处理的转速为2000rpm，精磨处理的时间为8h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例6
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过80目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为1.6MPa，时间为10min；将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：20，球磨的转速为1200rpm，球磨时间为30min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为50mg/L，臭氧流动速率为0.8L/h，臭氧处理时间为1.5h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在45℃下进行酶解处理8h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：5IU/g、5IU/g、8CBU/g、450IU/g和150IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：30，精磨处理的转速为2500rpm，精磨处理的时间为12h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
实施例7
一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：
称取木竹5kg，用粉碎机对木竹进行粗粉碎，粉碎物过50目筛，取下筛物；
将下筛物分别按体积1.0m3多次加入汽爆处理装置进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料，汽爆处理条件为：压力为0.8MPa，时间为5min；将汽爆后的湿物料进行干湿分离，之后放在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥后的干物料；
将干燥后的干物料加入到球磨罐中进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：15，球磨的转速为800rpm，球磨时间为20min；取球磨处理后的木竹，加入去离子水混合均匀，其中，去离子水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为1.5L：1kg；体积为之后通入臭氧处理，得到臭氧处理后的木竹；臭氧浓度为90mg/L，臭氧流动速率为2.0L/h，臭氧处理时间为3h；
在臭氧处理后的木竹中加入去离子水，混合均匀后静置2.5h，其中，去离子水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为5L：1kg；之后依次采用过滤、抽滤、离心方式收集木竹固体，以除去小分子有机酸等物质，得到水洗除酸后的木竹；
在水洗除酸后的木竹中加入pH为5.0的柠檬酸钠缓冲液，在50℃下进行酶解处理15h，得到酶解后的酶解液，其中，柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为10L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中预先加入复合纤维素酶和降解木质素的酶，其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；柠檬酸钠缓冲液中的外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶浓度分别为：8IU/g、8IU/g、15CBU/g、800IU/g和450IU/g；
将酶解后的酶解液移入球磨设备进行精磨处理，得到精磨的湿物料；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球的质量比为1：20，精磨处理的转速为2000rpm，精磨处理的时间为8h；
将精磨的湿物料在105℃的烘箱中干燥12h，得到干燥处理后的干物料；之后使用质量浓度为6%的双氧水对干燥处理后的干物料进行漂白处理，得到双氧水漂白后的湿物料，将双氧水漂白后的湿物料再次放入105℃的烘箱中干燥12h，得到预处理后的木竹。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，得到预处理后的木竹；
其中，汽爆处理的方法为：将木竹进行粉碎处理后加入汽爆处理装置中进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料。
2.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述粉碎处理是采用粉碎机对木竹进行粗粉碎，得到粉碎物，将粉碎物过筛后进行汽爆处理；
所述过筛的范围为30-80目。
3.根据权利要求2所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述汽爆处理的条件为：压力范围为0.8-2.0MPa、时间范围为1-15min；所述木竹进行粉碎处理、过筛后分批次加入汽爆处理装置中进行汽爆处理。
4.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述汽爆后的湿物料依次进行干湿分离和干燥处理，得到干燥后的干物料；随后将干燥后的干物料进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；所述干燥处理的温度为100-105℃，时间为12-24h。
5.根据权利要求4所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：10-1：25，球磨的转速为300-1200rpm，球磨时间为5-30min；
所述球磨处理的设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。
6.根据权利要求5所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述臭氧处理的方法为：
S1：将球磨处理后的木竹和水混合均匀，之后通入臭氧进行处理，得到臭氧处理后的木竹；
S2：随后在臭氧处理后的木竹中加入水，混合均匀后静置，之后依次采用过滤、抽滤、离心的方式收集木竹固体，得到水洗除酸后的木竹；
所述静置的时间为1.0-2.5h；所述臭氧的浓度为30-90mg/L，臭氧流动速率为0.4-2.0L/h，臭氧处理的时间为1-3h；
S1中，所述水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为（0.8-2.5）L：1kg；
S2中，所述水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为（3-15）L：1kg。
7.根据权利要求6所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述酶解处理是在柠檬酸钠缓冲液中进行；所述柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为（3-15）L：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中包含有复合纤维素酶和降解木质素的酶；
其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；
所述柠檬酸钠缓冲液中，外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶的浓度分别为5-10IU/g、5-10IU/g、1-8CBU/g、100-800IU/g和50-200IU/g；
所述酶解处理的温度为40-55℃，时间为8-20h。
8.根据权利要求7所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述酶解处理和漂白处理之间还包括精磨处理，所述精磨处理是将进行酶解处理之后得到的酶解后的酶解液移入球磨设备中进行精磨处理；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球质量比为1：20-1：30，精磨处理的时间为6-12h，精磨处理的转速为1500-3000rpm；
所述球磨设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。
9.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述漂白处理是在双氧水中进行；所述双氧水的质量浓度为3%-12%；
所述漂白处理之后还进行干燥处理，得到预处理后的木竹。
10.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述预处理后的木竹的粒度为5000-10000目。
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|---|---|---|---|---|
| CN104263778A (zh) * | 2006-10-26 | 2015-01-07 | 希乐克公司 | 生物质加工 |
| CN106832330A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-13 | 华南理工大学 | 一种蒸汽爆破预处理后残留木素的回收和提纯的工艺 |
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| CN104263778A (zh) * | 2006-10-26 | 2015-01-07 | 希乐克公司 | 生物质加工 |
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