[發(fā)明專利]離子液可控水解木質(zhì)纖維原料獲取木糖、葡萄糖及木質(zhì)素的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010226103.1
• 申請(qǐng)日: 2010-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101871020A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹衛(wèi)平;李欣;王鍵吉;劉普;鄧瑞雪;趙爽;劉振;秦琳琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C13K1/04
• 分類號(hào): C13K1/04;C13K13/00;C07G1/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及酸化離子液水解木質(zhì)纖維原料的方法，具體涉及一種將離子液與木質(zhì)纖維原料混合后用無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)漿液pH來(lái)控制木質(zhì)纖維原料中半纖維素、纖維素分步水解，從而分別獲取木糖、葡萄糖及木質(zhì)素的方法。

背景技術(shù)

在化石能源漸趨枯竭，可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境和循環(huán)經(jīng)濟(jì)漸成趨勢(shì)的今天，世界開(kāi)始將目光聚焦到可再生能源，特別是生物質(zhì)能源上。太陽(yáng)能、風(fēng)能、小水電等可再生能源存在自身不能進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的缺陷，生物質(zhì)因其既能貢獻(xiàn)能量，又能像煤炭和石油那樣生產(chǎn)出千百種化工產(chǎn)品而備受關(guān)注；如可以利用自然界中最具資源優(yōu)勢(shì)的生物質(zhì)木質(zhì)纖維素來(lái)生產(chǎn)乙醇和氫能，即石油的可替代能源。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看，這將是我國(guó)啟動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、起步邁上生物質(zhì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)始。利用農(nóng)林生物質(zhì)資源發(fā)展生物煉油廠是貫徹我國(guó)以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀的一條途徑。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是指以可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)(包括農(nóng)作物、樹(shù)木和其他植物及其殘?bào)w、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物以及利用邊緣性土地種植能源植物)為原料，進(jìn)行生物質(zhì)產(chǎn)品、生物燃料和生物能源生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)。而關(guān)于木質(zhì)纖維素的降解和水解問(wèn)題，成為生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)中的核心研究課題之一。在生物質(zhì)工程中，目前國(guó)際公認(rèn)有三個(gè)需要解決的重大工程技術(shù)問(wèn)題：一是克服木質(zhì)纖維素分子對(duì)生物轉(zhuǎn)化的抗性——由多糖降解為可發(fā)酵糖；二是通過(guò)微生物代謝工程和基因工程研究高速、高效、高收率的利用可發(fā)酵糖生物轉(zhuǎn)化；三是簡(jiǎn)捷、高效的下游過(guò)程技術(shù)——產(chǎn)物分離；其中第一步將大分子多糖降解為可生物利用的還原糖是目前最大的技術(shù)屏障。這三方面的技術(shù)的突破，可以使我國(guó)在新興的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得國(guó)際領(lǐng)先地位，從而率先在世界上生產(chǎn)燃料乙醇和氫氣能源，最終構(gòu)建起我國(guó)的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)。

然而，其中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)是解決生物質(zhì)中木質(zhì)纖維素如何有效選擇性降解和分解的問(wèn)題。傳統(tǒng)的纖維素水解方法有酸水解法和酶水解法，但是各自均存在不同的弊端，如前者造成環(huán)境嚴(yán)重污染和生產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)重消耗，后者則使得生產(chǎn)成本昂貴等。自2002年美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)Rogers課題組首先發(fā)現(xiàn)離子液可以溶解纖維素以來(lái)，關(guān)于離子液在此方面的應(yīng)用成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。Rogers研究組發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了一些具有形成氫鍵能力的陰離子組成的離子液可以溶解纖維素。至今他們也已合成出十幾種能夠溶解纖維素的離子液，并且溶解性能越來(lái)越好，可以在較低的溫度下溶解更多的纖維素。其中離子液1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽[Bmim]Cl對(duì)纖維素表現(xiàn)出最好的溶解能力。據(jù)報(bào)道在100℃加熱條件下聚合度DP為1000的可溶性纖維素漿粕的溶解度為10％(質(zhì)量)，而在微波加熱條件下纖維素的溶解度可以達(dá)到25％(質(zhì)量)。報(bào)道認(rèn)為，氯代咪唑型離子液中高濃度的氯離子對(duì)纖維素的溶解具有至關(guān)重要的作用。因?yàn)槁入x子具有很強(qiáng)的氫鍵接受能力，可以和纖維素大分子鏈中羥基上的氫形成氫鍵，從而破壞了纖維素中大分子鏈間存在的大量氫鍵，最終導(dǎo)致纖維素的溶解。然而國(guó)內(nèi)外目前該方面的研究，木質(zhì)纖維素降解后的產(chǎn)物是葡萄糖和其它單糖混合物，而未將單糖如木糖、葡萄糖，及木質(zhì)素從中分離出來(lái)。

本發(fā)明基于上述需要解決的幾個(gè)重大工程技術(shù)問(wèn)題和技術(shù)屏障，將生物質(zhì)木質(zhì)纖維素中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素直接一次轉(zhuǎn)化成生物可利用的還原糖及化學(xué)可分離的精細(xì)化學(xué)品的原料，即將木糖、葡萄糖和木質(zhì)素從木質(zhì)纖維原料中逐一分離出來(lái)的方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種通過(guò)調(diào)節(jié)離子液與木質(zhì)纖維原料漿液pH，使半纖維素、纖維素分步水解從而分別獲取木糖、葡萄糖及木質(zhì)素的方法，本發(fā)明另一目的是提供了一種反應(yīng)后的離子液回收循環(huán)利用的方法。

一種離子液可控水解木質(zhì)纖維原料獲取木糖、葡萄糖及木質(zhì)素的方法，包括如下步驟：

①預(yù)處理和半纖維素水解反應(yīng)：將離子液與干燥過(guò)的、過(guò)160～200目篩的木質(zhì)纖維原料混合，在密封條件下于80～100℃攪拌預(yù)處理2～3h，形成漿液，然后加入適量無(wú)機(jī)酸調(diào)至漿液pH為4.5～5.3，繼續(xù)反應(yīng)5～7h(以保證木質(zhì)纖維原料中的半纖維素首先水解，轉(zhuǎn)化成木糖)，冷卻至室溫，加入去離子水，得固液混合物a，所述離子液與木質(zhì)纖維原料質(zhì)量比為5～15，所述加入的去離子水與漿液的體積比為1～2；

②木糖的分離：將上述固液混合物a分離得沉淀b和溶液c，將溶液c通過(guò)葡聚糖凝膠柱或活性炭柱分離，去離子水洗脫，蒸除去離子水，分別得到木糖和離子殘液d；