[發(fā)明專利]一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法

有效

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• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103045677A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐一林;江成真;張恩選;高紹豐;韓文斌;崔建麗;馬軍強;焦峰;張茜;劉潔
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C08H7/00;C13K13/00;C12R1/80
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法，具體地說是一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的方法。

背景技術(shù)

隨著化石燃料資源的日趨枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，利用再生能源為石化產(chǎn)品的替代品變得愈加重要。而燃料乙醇是生物質(zhì)液體能源的物質(zhì)的主要形式，也是化石燃料最可能的替代品。目前，世界乙醇生產(chǎn)主要以淀粉類(玉米、木薯等)和糖類(甘蔗、甜菜等)作為發(fā)酵的原料。采用微生物法法發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)成熟，但是高昂的原料成本使糧食發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工業(yè)應(yīng)用受到限制，同時存在與人爭糧與糧爭地等弊端，并且導(dǎo)致糧食價格持續(xù)走高，因此尋找新的原料勢在必行。現(xiàn)在科學(xué)家把目光投向成本更為低廉、來源更廣泛的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中，纖維素占40％左右，半纖維素占25％左右，木質(zhì)素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)總量超過2000億噸，因此木質(zhì)生物質(zhì)是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

如果能以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇，將極大解決人類的能源問題，但是在這方面仍存在很多技術(shù)難題尚未解決。目前，在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇的過程中遇到一個的問題是纖維素酶解的提取率低，造成酶解的成本過高(占總生產(chǎn)成本的40-50％)，生產(chǎn)成本過高，無法真正實現(xiàn)工業(yè)化。纖維素酶解的提取率低的原因是：一方面半纖維素作為分子黏合劑結(jié)合在纖維素和木質(zhì)素之間，而木質(zhì)素具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素，木質(zhì)素和半纖維素在空間上可阻礙纖維素分子與酶的接觸，酶可及度差，增加了酶解的難度。因此有必要對木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進行有效的預(yù)處理，破壞木質(zhì)素和半纖維素的空間障礙，同時還要避免預(yù)處理產(chǎn)生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛，乙酸等)，從而有利于纖維素的酶解；另一方面，纖維素分子內(nèi)和分子間存在氫鍵，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且結(jié)晶度高，纖維素酶對結(jié)晶纖維素酶促反應(yīng)活力比較低，因此，為了提高纖維素酶解的提取率，需要采用較好預(yù)處理方法或者提高酶活力。

在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇過程中，遇到的另一個問題是對半纖維素、纖維素和木質(zhì)素未能很好的綜合利用，在現(xiàn)有技術(shù)中處理生物質(zhì)的工藝，大多以降解糖類得到乙醇為目的，不能兼顧木質(zhì)素的高質(zhì)量提取及后續(xù)利用，往往把木質(zhì)素作為一個去除對象，造成資源浪費和環(huán)境污染，未能達到資源最大化利用，再者酸水解半纖維過程中，生成的戊糖在較高溫度或較高酸濃度下容易轉(zhuǎn)化成糠醛，從而降低戊糖的利用價值。

如現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為CN101696427A的專利文獻中公開了一種用纖維物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇和2，3-丁二醇的方法，通過堿法預(yù)處理，半纖維素酶解工藝，將45％以上的半纖維素轉(zhuǎn)化成低毒性的木糖液，同時獲得了高纖維素含量的纖維素殘渣。其中的半纖維素水解液經(jīng)發(fā)酵得到2，3-丁二醇，纖維素殘渣經(jīng)發(fā)酵得到燃料乙醇，纖維素和半纖維素最終轉(zhuǎn)化成工業(yè)產(chǎn)品得到利用，但是該工藝的目的在于將其中的纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化成燃料乙醇和2，3-丁二醇，堿法預(yù)處理的目的是最大限度的去除木質(zhì)素，將木質(zhì)素作為除去物，沒有考慮所得木質(zhì)素的純度等質(zhì)量問題及木質(zhì)素的后續(xù)利用，用堿濃度比較高，對木質(zhì)素的活性破壞較大，所以該方法對三種物質(zhì)的分離，忽略了木質(zhì)素的提取效果，只對纖維素和半纖維素進行了有效的工業(yè)利用，不能保證木質(zhì)素能夠進行有效的工業(yè)利用。

公開號為CN101725068A的中國專利文獻公開了一種用于分級分離基于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法和裝置，提供基于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，加入能夠溶解木質(zhì)素的第一溶劑即堿性溶劑從所述生物質(zhì)萃取木質(zhì)素，再加入能夠溶解半纖維素的第二溶劑即酸性溶劑萃取木糖，然后萃取殘留在生物質(zhì)中的纖維素；木質(zhì)素、纖維素、半纖維素都能夠分離出來，但是本工藝中使用稀酸處理時，半纖維素未降解為戊糖，而是以低聚物的形式存在；使用高濃度酸時，雖然戊糖的回收率高，但是生成糠醛的量相對也高，因此，操作過程對酸堿度的要求比較苛刻。同時分離木質(zhì)素的過程中所用堿液濃度比較高，對木質(zhì)素的活性破壞比較大，分離出來的木質(zhì)素只能用作蒸汽鍋爐或電廠鍋爐的燃料，或者通過降解處理用作酚化學(xué)品，附加價值低。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的未能綜合利用，而且纖維素酶解的提取率低的問題，從而提出了一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法，包括以下步驟：

(a)堿解處理