[發(fā)明專(zhuān)利]一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110306670.2
• 申請(qǐng)日: 2011-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103045679A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐一林;江成真;張恩選;高紹豐;韓文斌;崔建麗;馬軍強(qiáng);焦峰;張茜;劉潔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C12P19/14
• 分類(lèi)號(hào): C12P19/14;C12P19/02;C08H7/00;C13K13/00;C12R1/80
• 代理公司: 北京三聚陽(yáng)光知識(shí)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(shuō)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(yán)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(lèi)(玉米、木薯等)和糖類(lèi)(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(shí)存在與人爭(zhēng)糧與糧爭(zhēng)地等弊端，并且導(dǎo)致糧食價(jià)格持續(xù)走高，因此尋找新的原料勢(shì)在必行。現(xiàn)在科學(xué)家把目光投向成本更為低廉、來(lái)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(guò)2000億噸，因此木質(zhì)生物質(zhì)是地球上最豐富、最廉價(jià)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(lèi)的能源問(wèn)題。但是以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇的過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低，酶解的成本過(guò)高(占總生產(chǎn)成本的40-50％)，生產(chǎn)成本過(guò)高，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低的原因是：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(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)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(shí)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，纖維素酶對(duì)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轉(zhuǎn)化率，需要提高纖維素酶的活力。?

在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇過(guò)程中，遇到的另一個(gè)問(wèn)題是對(duì)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(lèi)得到乙醇為目的，不能兼顧木質(zhì)素的高質(zhì)量、高活性提取及后續(xù)利用，往往把木質(zhì)素作為一個(gè)去除對(duì)象，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，未能達(dá)到資源最大化利用，再者酸水解半纖維過(guò)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(jià)值。?

如現(xiàn)有技術(shù)中，公開(kāi)號(hào)為CN101696427A的專(zhuān)利文獻(xiàn)中公開(kāi)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(guò)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(shí)獲得了高纖維素含量的纖維素殘?jiān)Ｆ渲械陌肜w維素水解液經(jīng)發(fā)酵得到2，3-丁二醇，纖維素殘?jiān)?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(méi)有考慮所得木質(zhì)素的純度等質(zhì)量問(wèn)題及木質(zhì)素的后續(xù)利用，用堿濃度比較高，對(duì)木質(zhì)素的活性破壞較大，所以該方法對(duì)三種物質(zhì)的分離，忽略了木質(zhì)素的提取效果，只對(duì)纖維素和半纖維素進(jìn)行了有效的工業(yè)利用，不能保證木質(zhì)素能夠進(jìn)行有效的工業(yè)利用。?

公開(kāi)號(hào)為CN101725068A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種用于分級(jí)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(lái)，但是本工藝中使用稀酸處理時(shí)，?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(shí)，雖然戊糖的回收率高，但是生成糠醛的量相對(duì)也高，因此，操作過(guò)程對(duì)酸堿度的要求比較苛刻。同時(shí)分離木質(zhì)素的過(guò)程中所用堿液濃度比較高，對(duì)木質(zhì)素的活性破壞比較大，分離出來(lái)的木質(zhì)素只能用作蒸汽鍋爐或電廠(chǎng)鍋爐的燃料，或者通過(guò)降解處理用作廢化學(xué)品，附加價(jià)值低。?

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)在綜合利用半纖維素、木質(zhì)素和纖維素時(shí)，不能同時(shí)得到較高的半纖維素和纖維素提取率的問(wèn)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(dá)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，其特征在于該方法包括以下步驟：?

(a)堿解：用堿溶液處理木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，從而提取木質(zhì)素；?