[發(fā)明專利]一種水解木質(zhì)纖維素的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910094893.X
• 申請(qǐng)日: 2009-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101638442A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧欣;方真;張帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園
• 主分類號(hào): C08B15/02
• 分類號(hào): 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)

生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、沼氣和氫氣等，其中以生物乙醇的研究與生產(chǎn)最為引人注目。巴西以甘蔗為原料，燃料乙醇年產(chǎn)量1100萬(wàn)噸以上。美國(guó)以玉米為原料，每年大約生產(chǎn)550萬(wàn)噸燃料乙醇。目前我國(guó)燃料乙醇年產(chǎn)量300萬(wàn)噸以上，僅次于巴西、美國(guó)，列世界第三位。然而燃料乙醇的生產(chǎn)均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(zhǎng)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(lái)源，它包括農(nóng)作物秸稈、林木、城市廢棄生物質(zhì)等。木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為燃料乙醇分兩步進(jìn)行：木質(zhì)纖維素水解和水解后糖發(fā)酵成乙醇。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(guò)共價(jià)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(duì)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(guò)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(duì)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)纖維素的水解方法主要有濃酸水解、稀酸水解和生物酶水解。CN101434663A公開(kāi)了一種高得率制漿廢液中半纖維素分離方法及其半纖維素的應(yīng)用，該方法采用濃硫酸水解工藝。濃酸水解反應(yīng)條件溫和、能耗低、速度快、糖化率高，但是濃酸腐蝕性強(qiáng)，回收處理工藝復(fù)雜，成本高。CN101041835A公開(kāi)了一種纖維素廢棄物雙稀酸水解制備乙醇的方法。稀酸水解不需要回收酸，直接中和就可以滿足需要，但其反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)都比較高，對(duì)設(shè)備要求高，糖化率低。CN101434977A公開(kāi)了一種處理木質(zhì)纖維素制糖的新方法，該方法采用生物酶水解工藝。生物酶水解包括木質(zhì)纖維素預(yù)處理和酶水解兩部分，生物酶水解由于其木質(zhì)纖維素預(yù)處理復(fù)雜、能耗高，且水解酶價(jià)格高，不易回收，耐受性差，水解周期長(zhǎng)，微生物分解木質(zhì)素的同時(shí)也能產(chǎn)生纖維素和半纖維素酶，影響糖化率。如何快速、簡(jiǎn)便、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(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)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(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

除非另有說(shuō)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∶30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、固體酸催化水解：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0.5％～5.0％的固體酸作為催化劑，攪拌速率100～1000rpm，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(shí)，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(shí)，設(shè)置微波發(fā)射功率100～1800W，微波頻率915-2450MHz。

所述的木質(zhì)纖維素的原料為楊樹(shù)，柳樹(shù)，松樹(shù)，稻草，秸稈。

所述的固體酸為超強(qiáng)酸、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、雜多酸、金屬?gòu)?fù)合氧化物或分子篩。