[發(fā)明專利]一種水解木質(zhì)纖維素的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910094892.5
• 申請日: 2009-08-28
• 公開（公告）號: CN101638441A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧欣;方真;張帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02
• 代理公司: 云南協(xié)立專利事務(wù)所
• 代理人: 旃習(xí)涵;謝 嘉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素水解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新的水解木質(zhì)纖維素的方法。

背景技術(shù)

人類正面臨著巨大的能源與環(huán)境壓力。礦物能源的應(yīng)用推動了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但其資源卻在日益耗盡，且引起日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。為了維持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，許多國家正積極開發(fā)可再生生物能源，因地制宜，利用生物能源替代石化燃料油，促進(jìn)能源消費結(jié)構(gòu)從單一化向多元化轉(zhuǎn)變，成為目前國際上開發(fā)新能源的大趨勢。

燃料乙醇作為生物能源的重要組成部分，目前主要以糧食或糖類為原料水解發(fā)酵所得。燃料乙醇三大主產(chǎn)國，巴西以甘蔗為原料，美國以玉米為原料，我國以陳化糧和蔗糖為原料，然而以糖類或糧食為原料，其產(chǎn)量受到糧食資源的限制，難以長期滿足能源需求。木質(zhì)纖維素由于資源豐富是生產(chǎn)燃料乙醇的重要原料來源。木質(zhì)纖維素主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，半纖維素和木質(zhì)素通過共價鍵聯(lián)結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維素鑲嵌其中。由于木質(zhì)素和半纖維素對水解的保護(hù)作用以及纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是影響酶糖化過程中的糖化效率、糖化速度和水解糖成分的重要因素，因此對木質(zhì)纖維素的水解，是目前纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)。

木質(zhì)纖維素的堿水解方法主要有NaOH、KOH、Na₂CO₃或堿性雙氧水水解。CN101255479A公開了一種將木質(zhì)纖維素高效糖化的預(yù)處理方法，采用NaOH或KOH水解。該技術(shù)催化劑堿液由于和水相溶，難于回收重復(fù)利用且會產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，生產(chǎn)成本過高。姚秀清等采用堿性雙氧水法預(yù)處理木質(zhì)纖維素。其最優(yōu)條件為：雙氧水用量1％，NaOH?0.25mol/L，木質(zhì)纖維素和水質(zhì)量比1∶8，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)18h。該工藝NaOH無法回收利用，反應(yīng)時間長，能耗高。如何快速、低成本的水解木質(zhì)纖維素就成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速、低成本水解木質(zhì)纖維素的方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

除非另有說明，本發(fā)明所采用的百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)。

一種水解木質(zhì)纖維素的方法，該方法具體包括以下步驟：

1、勻漿：將木質(zhì)纖維素粉碎成0.1～30000μm的顆粒，木質(zhì)纖維素顆粒和水以質(zhì)量比1∶10～1∶40均勻混合；

2、超聲波或微波輻射：用超聲波或微波將勻漿液預(yù)熱至60～150℃；

3、固體堿催化水解：將預(yù)熱的勻漿液升溫至120～300℃，在壓力0.5～40Mpa條件下，加入占木質(zhì)纖維素重量1.0％～4.0％的固體堿作為催化劑，攪拌速率50～1000rpm，催化反應(yīng)15～300min完成木質(zhì)纖維素的水解。

采用超聲波加熱時，設(shè)置超聲波輻射功率40～4000W、占空比0.4～1、超聲頻率14～40KHz；采用微波加熱時，設(shè)置微波發(fā)射功率100-1800W，微波頻率915～2450MHz。

所述的木質(zhì)纖維素原料為柳樹、楊樹、秸稈、竹子、稻草、玉米芯。

所述的固體堿為金屬氧化物、負(fù)載型金屬氧化物、陰離子交換樹脂或分子篩。

金屬氧化物為MgO-Al₂O₃、ZrO₂-Al₂O₃-MgO、CaO-Al₂O₃、ZrO₂、MgO、CaO-ZrO₂、CaO-MgO、Cs₂O-γ-Al₂O₃、La₂O₃、ZnO-CaO-Al₂O₃、ZrO₂-CaO-MgO、ZnO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃、ZrO₂-CaO-Al₂O₃、ZnO-CaO、ZrO₂-ZnO、ZrO₂-MgO、ZrO₂-Al₂O₃、ZrO₂-MgO-Al₂O₃、ZrO₂-ZnO-MgO中的一種或幾種。