[發明專利]一種球磨耦合微波預處理生物質的方法

無效

• 申請號: 201210190666.9
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102720083A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 徐建;彭華棟;李宏強;羅晧
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: D21C1/00
• 分類號: D21C1/00;B02C17/00
• 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，特別涉及一種球磨耦合微波預處理生物質的方法，主要用于玉米秸稈、小麥秸稈、芒草等多種生物質原料的預處理。

背景技術

能源問題一直是世界各國關注的熱點，隨著石化能源的耗竭及其使用過程中引起的一系列環境問題，生物質作為可再生清潔能源的代表原料，吸引了越來越多的科研人員的關注。80年代初在國際上提出的“生物煉制”(biorefinery)概念，也逐漸成為研究熱點。生物質原料中三大組份即纖維素，半纖維素和木質素之間的復雜伴生結構，及其內部的氫鍵和其它化學鍵等的作用，使之難以降解，因此，預處理已成為生物煉制的關鍵單元操作之一。為優化生物煉制工藝，研究人員已開發和嘗試了一系列的預處理方法，如采用酸、堿、汽爆、水熱、等離子體、微波、超聲、離子液體等。

正由于生物質原料結構復雜的特點，單一的預處理方法往往難以取得較好的效果，不能滿足生物煉制的需求，因此，有必要進一步拓展新的預處理思路，開發復合高效的預處理方法。鑒于此，研究人員已開發出一些復合預處理方法，如公開號為CN101608412A的專利公布了一種微波-汽爆同步耦合法對植物秸稈去晶化的方法。該方法處理周期短，提高了纖維素去晶化率和酶的可及性，從而提高了秸稈的酶解率。公開號為CN102443659的專利公布了一種秸稈高效糖化的酸堿組合預處理方法。該方法采用酸堿組合預處理方法，秸稈利用率高，纖維素酶解效果好。公開號為CN102230284A的專利公布了一種用于農作物秸稈纖維素提取的超聲波輔助汽爆預處理工藝，該方法可較好的分離秸稈的纖維素。

以上公布的這些復合預處理方法進一步拓寬了生物質預處理的發展，但或是高能耗或是化學試劑等因素的限制，使得這些預處理方法走向工業化還需要考證。正基于此，探究新的高效綠色的預處理方法對生物質高效轉化尤為重要。已有的單一預處理方法中，微波預處理具有熱效率高、易操作、方便和無污染等特點，球磨預處理具有高效的破壞生物質內部之間的伴生結構，斷裂氫鍵等化學鍵，降低結晶度等特點。所以，球磨耦合微波預處理有可能是一種高效的預處理方法，且該方法無需引入酸或堿等化學試劑，綠色無污染。

發明內容

【發明目的】本發明的目的是為提供一種高效綠色可行的耦合生物質預處理方法，為生物質預處理的開發應用提供一種新的思路。

【本發明的構思】預處理單元操作是生物煉制工藝的關鍵之一，而生物質原料結構復雜，單一的預處理方法往往難以較好發揮作用，破壞原料的伴生結構和內部的氫鍵等，使得酶對原料的可及性提高幅度不大，不利于生物質的高效轉化。而現已有的復合預處理方法或是由于高能耗、或是由于設備要求高、或是由于化學試劑的大量使用等因素的限制，使之進一步走向工業化存在一定的困難。本發明提出的球磨耦合微波預處理方法結合了球磨具有高效破壞生物質原料結構的特點和微波具有熱效率高，易操作，方便和無污染等特點，可避免化學試劑的引入，是一種高效綠色可行的預處理方法，也為生物質的進一步高效轉化提供了可能。

【本發明技術方案】本發明的基本特征如下：

（1）將生物質原料干燥后初步粉碎成顆粒狀（2-10mm）備用；

（2）取(1)中的原料適量，用球磨機進行處理，轉速為500-1500rpm,罐球比（罐的數量：研磨小球的數量）為1：20-50，處理時間為10min-3h；

（3）取（2）中處理后的物料，按以下條件進行微波預處理：固液比（原料質量：自來水質量）為1：50-1：5，溫度控制在100-150℃，微波反應器攪拌轉速為100-300rpm，處理時間為5-30min；

（4）物料經（3）處理后，趁熱抽濾，得濾液和殘渣，殘渣用于酶解。

本發明方案中的生物質原料是指玉米秸稈、小麥秸稈、芒草、藻類、硬木、軟木等能源植物。方案中的初步粉碎是指使用粉碎機將原料粉碎成2-10mm的顆粒，球磨機是指行星式球磨機、攪拌球磨機、管式球磨機等，微波預處理是指采用能控制溫度，帶有攪拌功能的微波化學反應器，耦合是指將生物質先經球磨在轉速為500-1500rpm，罐球比（罐的數量：研磨小球的數量）為1：20-50的條件下處理10min-3h，再經微波在固液比（原料：自來水）為1：50-1：5，溫度控制在100-150℃，微波反應器攪拌轉速為100-300rpm的條件下處理5-30min。