[發明專利]用于預處理木質纖維素材料的方法

有效

• 申請號: 201210424768.2
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103790055A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王海松;劉超;牟新東;艾弗特·范德海德;李濱;于光
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: D21C1/00
• 分類號: D21C1/00;C12P7/16;C12P7/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 羅菊華

本發明的技術領域

本發明涉及用于預處理木質纖維素材料的方法。

發明背景

隨著原油供應的逐漸減少，可再生能源的使用對于燃料和化學品的生產正變得日益重要。來自可再生能源的此類燃料和化學品通常分別稱為生物燃料和生物化學品。使用可再生能源的有利方面之一是，與常規礦物源原料相比較，CO₂平衡更為有利。

衍生自可再生、不可食用能源例如木質纖維素材料的生物燃料和/或生物化學品是優選的，因為它們不與食品生產競爭。此類生物燃料和/或生物化學品也稱為第二代或高級生物燃料和/或生物化學品。對于生物乙醇的生產而言，利用木質纖維素材料來進行產生也是優選的。

許多用于將木質纖維素材料轉化成生物燃料和/或生物化學品的方法是可獲得的。然而，木質纖維素材料的可消化性受為木質纖維素材料提供在自然界中所需強度的物理的、化學的、結構的和組成的因素阻礙。因此，木質纖維素材料的許多轉化方法具有共同點：需要首先預處理木質纖維素材料。

從木質纖維素材料生產生物乙醇可以例如包括如下步驟作為主要步驟：預處理木質纖維素材料以使木質纖維素材料中的纖維素和/或半纖維素易于接近；水解纖維素和/或半纖維素以產生糖；和使糖發酵成生物乙醇。

其它生物燃料和生物化學品(例如生物柴油)的產生也優選包括預處理步驟。

Kumar等人在他們的標題為“Methods?for?pretreatment?of?lignocellulosic?biomass?for?efficient?hydrolysis?and?biofuel?production”的論文(出版于Ind.Eng.Chem.Res.2009，第48卷，第3713-3729頁)中陳述，存在幾類預處理方法，包括：物理法(粉碎和研磨)、物理化學法(蒸氣預處理/自水解、熱解法(hydrothermolysis)和濕氧化法)、化學法(堿、稀酸、氧化劑和有機溶劑)、生物法、電預處理法或此類預處理法的組合。

Alvira等人在他們的標題為“Pretreatment?technologies?for?an?efficient?bioethanol?production?process?based?on?enzymatic?hydrolysis:a?review”的論文(出版于Bioresource?Technology?101(2010),第5851-4861頁)中指出，堿預處理增加纖維素的可消化性并且與酸或熱液過程相比較，它們對于木質素的溶出作用更有效，但溶解較少的纖維素和半纖維素。作為適當的堿預處理，提及了氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鈣。

在現有技術中，很少有使用超過15wt%干物質含量的木質纖維素材料溶液的堿預處理法。

Kumar等人描述了，以0.1-0.25克NaOH/克生物質的用堿量(Alkali?loading)在90℃下以20%固體含量進行的射頻輔助堿預處理(radio-frequency-assisted?alkali?pretreatment)。

Cheng等人在他們的標題為“Evaluation?of?High?Solids?Alkaline?Pretrea?tment?of?Rice?Straw”的論文中描述了，以5克水/克風干稻草的用水量(即，約20wt%的干物質含量)，以0、2和4wt%絕干稻草的用堿量，在55℃下利用NaOH進行的研究。

Li等人在他們的標題為“Cold?sodium?hydroxide/urea?based?pretreatment?of?bamboo?for?bioethanol?production:characterization?of?the?cellulose?rich?fraction”的論文中描述，竹子經研磨和篩分以獲得40-60目級分，所述級分利用甲苯/乙醇進行提取以除去脂肪、蠟和油，隨后進行風干，然后進行球磨。將經球磨的樣品懸浮于95%乙醇溶液中，進行5分鐘，隨后在超聲波細胞粉碎機中經歷超聲輻照處理。將樣品過濾，風干殘留物。將殘留物經歷使用7%NaOH/12%尿素的堿處理。