[發明專利]一種生物質預處理的方法

無效

• 申請號: 201110046952.3
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN102181506A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 王聯結
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 韓翎

技術領域

本發明涉及一種生物質預處理的方法。

背景技術

實現生物質中纖維素有效水解的生物質預處理是目前生物質發酵生產乙醇的關鍵，而能夠直接分解木質素和半纖維素的微生物作用速度都相對較慢。直接使用纖維素酶進行酶法處理，不能有效的水解秸稈中的纖維素；制漿造紙采用的堿法可以有效的除去木質素，但由此帶來的廢水污染很嚴重，必須高成本回收，半纖維素也受到破壞；酸法容易產生抑制酵母菌生長的呋喃和小分子酸等物質；汽爆法成本高，產物復雜，有焦油形成。

低濃度堿液可以在室溫下快速溶脹木質素含量較低的秸稈和草，例如可以很有效的降低秸稈的結晶度，促進分離其中的纖維素和半纖維素，促進生物酶水解纖維素和半纖維素。但因為處理過程中加入了堿，使成本有所增加，且回收利用成本和低濃度的堿法脫木素的的效率不夠理想。

發明內容

本發明的目的是提供一種減少成本投入并有效防止環境污染的生物質預處理的化學方法，提高生物質發酵生產乙醇的預處理效率。

本發明所采用的技術方案為：

一種生物質預處理的方法，其特征在于：

在粉末狀的生物質中加入堿溶液后攪拌均勻，加入的堿液量達到浸潤、淹沒生物質裝填界面為準，室溫至50℃下保持12-100小時；

再加入過量的有機酸直至微顯酸性，室溫至50℃下繼續保持12-100小時，然后過濾，自然干燥或者烘干，加入纖維素酶水解。

所述的步驟三中所述的堿為NaOH。

所述的步驟三中所述的有機酸為檸檬酸。

所述的生物質為秸稈、草或木材。本發明具有以下優點：

本發明的預處理過程中采用先堿后酸的運行步驟；無需高壓、高溫的運行條件；不產生造紙黑液和抑制酵母菌乙醇發酵的次生物質；在中和剩余的堿時，加入過量的有機酸，不僅中和了剩余的堿，同時進行了酸法的二次脫木素，有機酸可以減少木質素同纖維素酶的結合，生成的檸檬酸鈉鹽和檸檬酸形成的緩沖液為纖維素酶所需的緩沖液；成本低廉，步驟簡單，操作方便。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細的說明。

本發明所涉及的生物質預處理方法具體包括以下生產工藝步驟：

粉碎秸稈、草和木材等纖維素類生物質→除去異物→堿、酸水解→分離提取纖維素→纖維素酶水解纖維素。

該預處理方法設置了先堿后酸的處理步驟。首先，直接單一使用NaOH預處理，殘留的NaOH用過量檸檬酸中和，中和堿以后剩余的檸檬酸可再一次發揮酸法脫木素作用，通過兩次脫木素后獲得的纖維素易于被纖維素酶水解。在NaOH脫木素過程中，已經脫離纖維素和半纖維素的木質素會自行縮合成為新的、更大分子的縮合木質素，及時加入檸檬酸有助于阻止這一變化出現。檸檬酸有助于減少纖維素酶和木質素結合，增加和纖維素的結合，檸檬酸也有助于除去硫化物和多余的金屬離子。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液是纖維素酶作用需要的條件。

本發明所利用的化學制漿造紙脫木素技術，即NaOH脫木素技術，是較為有效的脫木素技術。以低濃度NaOH法脫木素，可避免產生有毒有害的黑液；單一使用NaOH脫木素容易導致纖維素水解，因而需另外添加保護纖維素的物質例如硫化物和蒽醌等；無需高壓、高溫的反應條件。

和制漿造紙的脫木素相比，生物質乙醇發酵的預處理目的是要松弛生物質各組分之間的天然結構，為酶法水解其中的纖維素和半纖維素成為可以發酵生成乙醇的單糖提供條件，木質素可以在不影響多糖水解和發酵狀態下繼續留在水解液和發酵液中，直到最后進行回收利用。

實施例1：

將小麥秸稈充分干燥，除去塵土、金屬、塑料等異物，切割粉碎成為粉末狀，取50g放入到耐酸堿容器中，加入0.5?L、濃度為?1%?（W/V）NaOH溶液后攪拌均勻，室溫下保持12小時，再加入濃度為1%（W/V）檸檬酸直至微顯酸性，室溫下繼續保持12小時，然后過濾，自然干燥或者烘干。濾渣為獲得的纖維素粗品，用于后續纖維素酶解。濾液經過蒸干除去水分，進一步用于提取木質素和鹽。

實施例2：

將小麥秸稈充分干燥，除去塵土、金屬、塑料等異物，切割粉碎成為粉末狀，取50g放入到耐酸堿容器中，加入0.5?L、濃度為?3%?（W/V）NaOH溶液后攪拌均勻，35℃下保持24小時，再加入濃度為3%（W/V）檸檬酸直至微顯酸性，35℃下繼續保持24小時，然后直接用于后續纖維素酶水解。濾液經過蒸干除去水分，進一步用于提取木質素和鹽。