[發明專利]一種微波-循環壓縮滲濾稀酸預處理植物秸稈的方法

有效

• 申請號: 201110321312.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN103060481A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 唐開宇;黎元生;張全
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C13K1/02
• 分類號: C13K1/02;C13K13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物化工領域，特別涉及一種微波-循環壓縮滲濾稀酸預處理植物秸稈的方法，主要用于玉米秸稈、麥桿、甜高梁桿等多種植物秸稈的預處理。

背景技術

未經處理的秸稈很難被微生物和酶水解，主要是因為構成秸稈細胞壁的木質纖維素的結構復雜。木質纖維素主要包括纖維素、半纖維素和木質素，纖維素分子排列規則，聚集成束，在纖絲構架之間充滿了半纖維素和木質素，在它們之間存在著氫鍵、化學鍵等，使其結構非常緊密。因此高效利用秸稈組分的關鍵在于通過對秸稈進行預處理，使纖維素和半纖維素及木質素分離，使結晶纖維素成為無定形纖維素，提高酶的可及性，從而提高秸稈的酶解率。現有的預處理技術主要有研磨法、稀酸法、蒸汽爆破法、堿處理法和生物法等。

在這些預處理方法中，稀酸預處理最具有商業化前景，已得到廣泛的研究，稀酸預處理可溶解半纖維素。將纖維素原料用1%左右的酸液在110～240℃的溫度下經幾個小時的處理是人們較常采用的方法，稀酸處理在溫度高時所需時間較短。稀酸預處理使用的反應器主要有間歇反應器、滲濾式反應器、逆流收縮床反應器等。NREL采用并流稀酸預處理，硫酸濃度1.1%，溫度190℃，固液比為20％，保留時間2min的處理后，90％半纖維素轉化為木糖。但是這種方法耗水量較大，對反應器的耐腐蝕性要求高，會生成乙酸、糠醛、羥甲基糠醛等副產物，需要固液分離、洗滌等才能進行酶解和發酵工段。

微波是一種波長在100cm至1mm范圍內電磁波（其頻率在300MHz至300000MHz），是一種新型的預處理方法。用微波輻射物料，使物料內部分子發生碰撞，產生熱量，導致物料升溫，從而部分降解木質素和半纖維素，使纖維素結晶區尺寸發生變化，增加纖維素的可及性和反應活性，提高植物纖維素的酶解率。目前，對微波預處理的研究還在實驗室階段。

對于植物秸稈原料的預處理，經常采用多種不同方法的組合處理，以達到效果。

CN102010882A公開了一種極限低用水量的木質纖維素高溫稀酸預處理方法，該方法用玉米秸稈與5％的硫酸溶液以1∶1比例混合，常溫浸潤后，裝入反應器中，通入高溫蒸汽，在190℃維持3min后，瀉壓取出物料即得到處理后物料，酶解72h后葡萄糖得率為83.1％，木糖得率為59.4％。

CN101608412A公開了一種微波-汽爆耦合法對植物秸稈去晶化的方法，該方法將玉米秸稈放入反應器，通入210℃的蒸汽，開啟微波發生器，微波功率為9000W/kg(干秸稈)連續反應2min后，關閉微波發生器，開啟爆破閥，利用壓力差將物料瞬間擠出實現汽爆，處理后的秸稈相對結晶度降低了15.7%，酶解48h后酶解率達到93.3％。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種微波-循環壓縮滲濾稀酸預處理植物秸稈原料的方法。

本發明提供的植物秸稈原料預處理方法，包括以下步驟：

（1）將秸稈粉碎為10～50mm的顆粒，并與酸溶液以液固質量比1∶3～2∶1混合均勻，常溫靜置浸潤一段時間；

（2）步驟（1）浸潤后的秸稈顆粒裝入柱形反應器內，往反應器內流加稀酸溶液，在流加酸溶液的同時對植物秸稈施加微波作用，并壓縮秸稈顆粒，及時排出反應器內的液體；

（3）重新往反應器內注入酸溶液，通過攪拌使秸稈顆粒重新分散均勻；

（4）以一定流率將步驟（2）所得濾液流加到反應器中，流加濾液的同時以微波作用于秸稈顆粒，并壓縮秸稈顆粒，使液體排出反應器；

（5）重復步驟（3）至（4）的操作0～5次，直至反應結束。