[發(fā)明專利]一種低強度蒸汽爆破灌木莖桿分離主成分的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810222495.7
• 申請日: 2008-09-17
• 公開（公告）號: CN101348804A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 蔣建新;王堃;孫潤倉;劉圣英;朱莉偉;馬雅奇
• 申請（專利權）人: 北京林業(yè)大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 王朋飛

技術領域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)化學化工領域，特別涉及一種將含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)(特別是來自灌木莖桿的)經(jīng)低強度蒸汽爆破預處理后分離為木質(zhì)素、半纖維素和纖維素等基本成分的方法。

背景技術

隨著世界工業(yè)化的發(fā)展，石油作為主體燃料及化學品的原料，其需求量急劇增加，能源的短缺問題日益加劇，同時化石能源對環(huán)境造成了嚴重的破壞。所以，研究與尋找環(huán)境友好的石油能源替代品成為世界技術開發(fā)的重要方向之一。與燃燒化石燃料所產(chǎn)生的能量相比，生物質(zhì)能源被稱為“二氧化碳中和燃料”，因為消耗一定量的生物質(zhì)能源所排放的二氧化碳量與這些生物在最初形成的時候從大氣中所吸收的二氧化碳的量是相同的，這對減少對大氣的污染及抑制溫室效應意義重大。

燃料乙醇由于其成熟的生產(chǎn)應用技術和豐富的原料來源成為世界各國首選的生物質(zhì)能源，但傳統(tǒng)的燃料乙醇生產(chǎn)以糧食為原料，雖屬可再生資源，但其生產(chǎn)受到糧食產(chǎn)量的限制，難以長期滿足能源需求。產(chǎn)量大、來源廣的木質(zhì)纖維質(zhì)原料就成了人們關注的焦點。

我國沙區(qū)面積大，沙區(qū)灌木資源十分豐富，但目前實際利用率僅為5％。灌木樹種具有造林技術簡單，成活率高，生物量大，防風固沙效益顯著等優(yōu)點，因此其人工造林比例逐年上升，然而這些灌木樹種的平茬周期為3-5年，生長5年后不進行平茬的沙柳出現(xiàn)灌叢上部部分枯死的現(xiàn)象，生長衰退，多年不平茬的則會整株枯死，平茬后，可獲得最大生物量，平均每畝可達1噸以上。因此，灌木資源開發(fā)利用將成為今后重要的木質(zhì)纖維原料之一。

由于木質(zhì)纖維素具有木質(zhì)素、纖維素、半纖維素相互包裹的復雜結(jié)構(gòu)，并且纖維素本身具有穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，直接利用纖維素酶催化降解纖維素生產(chǎn)乙醇時難于分解，纖維素酶的作用效率低，因此必須對原料進行預處理再降解，纖維素酶的作用效率與預處理工藝密切相關。

蒸汽爆破法作為一種物理化學方法，是近年來發(fā)展較快、較有效、低成本的木質(zhì)纖維高效預處理技術，蒸汽爆破過程是使纖維素先受水膨潤并且水浸入到纖維深處，再在密閉的容器中受到高溫加熱，形成水蒸氣產(chǎn)生蒸汽壓，再急劇下降到一個大氣壓，從而導致纖維素超分子結(jié)構(gòu)的破壞，增加分子內(nèi)氫鍵的斷裂程度。蒸汽爆破法制漿已實現(xiàn)工業(yè)化。蒸汽爆破處理秸稈原料的壓力為1.0-1.7MPa，處理時間5min-10min(CN200610000997.6、CN99111449.3、CN00106032.5)；Negro在處理白楊木片時蒸汽爆破條件為壓力1.92MPa，處理時間4min(Negro?M?J，Manzanates?P，Ballesteros?I，et?al.Hydrothermalpretreatment?conditions?to?enhance?ethanol?production?from?poplarbiomass[J].Applied?Biochemistry?and?Biotechnology，Part?A，EnzymeEngineering?and?Biotechnology，2003(105)：87-100.)。研究表明秸稈比木材更易水解或降解，因此木材蒸汽爆破強度一般要高于秸稈。

在目前報道的蒸汽爆破條件下，過高的蒸汽壓力以及過長的蒸煮時間不僅能耗高，而且在此過程中，秸稈和木材中的大部分半纖維素和木質(zhì)素已降解成單糖或進一步轉(zhuǎn)變?yōu)榭啡⒁宜帷⒎宇惖任镔|(zhì)，這些降解產(chǎn)物對后續(xù)的酶解糖化纖維素生產(chǎn)生物乙醇起到了明顯的抑制作用，使木質(zhì)纖維素原料的利用率不到50％，無法充分利用；而且較高的蒸汽壓和較長的維壓時間對設備的耐壓和其它性能要求較高，對能源需求也較大，增加了資金投入。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低強度蒸汽爆破灌木莖桿、分離主成分的方法。

本發(fā)明將除雜切片后的灌木莖桿進行低強度蒸汽爆破，產(chǎn)物經(jīng)盤磨機磨碎，以水作溶劑采用增壓快速萃取方法分離半纖維素，再將分離半纖維素后的固體渣，以乙醇作溶劑采用增壓快速萃取方法分離木質(zhì)素，最后將分離出半纖維素和木質(zhì)素的灌木莖桿纖維素用于酶解糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化生物乙醇。

本發(fā)明的工藝流程圖見圖1，其中萃取分離半纖維素和木質(zhì)素的溶劑都可以回收利用。

具體的說，本發(fā)明的低強度蒸汽爆破灌木莖桿、分離主成分的方法為：

1)削片：灌木莖桿經(jīng)削片機削片后，物料尺寸小于30mm×10mm×10mm(長、寬、厚)，優(yōu)選小于30mm×5mm×5mm(長、寬、厚)；

2)低強度蒸汽爆破預處理：蒸汽爆破壓力為0.5～1.2MPa，最佳壓力為0.8～1.0MPa；維壓時間為20～150秒，最佳維壓時間為60～120秒；