[發明專利]一種木質纖維素原料預處理的方法及應用

有效

• 申請號: 201510095389.7
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104630287B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 元英進;秦磊;李文超;李炳志;朱家慶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及再生能源技術領域，更具體的說是涉及一種木質纖維素原料預處理的方法及應用。

背景技術

隨著石油資源的逐漸枯竭和環境的日益惡化，大力推廣使用可再生能源技術成為我國能源發展戰略的重要組成部分，以減少對石化能源的需求依賴和溫室氣體的排放。

生物燃料近年來在可再生能源領域不斷受到重視。生物燃料泛指由生物質組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源開發利用的重要方向。所謂的生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質，它包括植物、動物和微生物，不同于石油、煤炭、核能等傳統燃料，這新興的燃料是可再生燃料。

纖維素乙醇是生物燃料的重要一部分，其是以木材、草或農作物不可使用部分為木質纖維素原料，通過預處理、酶解糖化、微生物發酵、蒸餾、脫水五個階段制備獲得。對木質纖維素原料進行預處理可以有效破壞植物纖維素的結晶結構，降低木質素的聚合度，提高木質纖維素材料的多孔性，以此增加酶解糖化環節中酶與底物的接觸面積、進而提高纖維素轉化為葡萄糖的轉化率。

現有技術中，木質纖維素原料的預處理可分為：(1)物理方法，主要是機械粉碎法、蒸汽爆破、超臨界水處理和濕氧法；(2)化學方法，主要包括堿處理、稀酸處理、濃酸處理、氧化劑處理以及有機溶劑處理；(3)生物方法。在這些預處理方法中，堿處理是現在人們普遍采用的方法，即采用堿性物質對木質纖維素原料進行處理，常用的堿性物質有氨水、液氨、氫氧化鈉、生石灰等。但是，以氨水或液氨進行預處理時需要采用高壓設備進行，條件苛刻；而采用氫氧化鈉或生石灰雖然可以在常壓下進行，但是預處理后需要大量水進行洗滌，除去堿性試劑。這些都不利于木質纖維素預處理的工業化生產。最為重要的一點，現有的這些堿處理方法在預處理完木質纖維素原料后，在酶解糖化階段中纖維素轉化為葡萄糖的轉化率較低。同時，經過預處理的木質纖維素原料水洗后雜質含量仍較高，這無疑會加大對酶解的抑制作用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種木質纖維素原料預處理的方法及應用，提高經該方法預處理后的木質纖維素原料在酶解糖化環節中纖維素轉化為葡萄糖的轉化率。

本發明的另一個目的在于提供一種木質纖維素原料預處理的方法及應用，使得經該方法預處理后的木質纖維素原料不經水洗顯著降低其中的雜質含量。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種木質纖維素原料預處理的方法，用乙二胺處理木質纖維素原料，然后以乙醇水溶液萃取。

針對現有的堿處理技術在預處理完木質纖維素原料后，在酶解糖化階段中纖維素轉化為葡萄糖的轉化率較低以及預處理原料水洗后雜質含量高的問題，本發明打破傳統預處理工藝技術思路，以乙二胺作為堿處理的試劑，同時增加以乙醇水溶液為溶劑萃取的步驟，解決了現有技術問題。

作為優選，所述乙醇水溶液中乙醇體積百分數為1-70％，在本發明的一些實施例中，其可以選自10％、40％或70％。

作為優選，本發明所述方法將乙二胺和木質纖維素原料混合，于密閉容器中加熱反應，然后將其中的固體以乙醇水溶液萃取、干燥，獲得預處理后的固體。

其中，作為優選，所述木質纖維素原料和乙二胺的質量體積比為1g:0.1-2mL，在本發明的一些實施例中，其可以選自1g:0.2mL、1g:0.8mL或1g:2mL。

作為優選，所述加熱為加熱到60-180℃，在本發明的一些實施例中，其可以選自65℃、160℃或180℃。

作為優選，所述反應的時間為5-120min，在本發明的一些實施例中，其可以選自30min、60min或120min。

作為優選，所述干燥的溫度為20-160℃，在本發明的一些實施例中，其可以選自25℃、100℃或150℃。

本發明所述方法中，木質纖維素原料優選為玉米秸稈或水稻秸稈。

按照本發明所述預處理方法對木質纖維素原料進行處理，然后進行后續的酶解糖化，預處理后的原料經萃取后雜質(除纖維素、半纖維素和木質素以外的物質)含量為2-8％，纖維素轉化為葡萄糖的轉化率為85-93％；而以傳統堿性試劑進行預處理后的木質纖維素原料，在后續的酶解糖化中纖維素轉化為葡萄糖的轉化率僅為48-72％，預處理后的原料經水洗后雜質含量為6-19％。

基于上述的技術效果，本發明還提供本發明所述方法在纖維素乙醇生產中的應用。