[發(fā)明專利]一種玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510275830.X
• 申請(qǐng)日: 2015-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN104878055A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軍;佘曉瓊;徐峻;莫立煥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14;C12P7/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)是一種重要的可再生資源，由其生產(chǎn)燃料乙醇滿足綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求，是最有可能取代石油的新能源，具有巨大的發(fā)展前景，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。我國生物質(zhì)原料非常豐富，年產(chǎn)量約11.45億噸，其中秸稈達(dá)到7億多噸，玉米秸稈占到了35％，如果將它們轉(zhuǎn)化成氣體或液體燃料，將有力緩解人類所面臨的資源危機(jī)、能源短缺以及環(huán)境污染等一系列問題。但是，玉米秸稈等木質(zhì)纖維素是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于其本身致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行酶解效率很低，所以必須進(jìn)行預(yù)處理。

目前，玉米秸稈的預(yù)處理方法大致可分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要是采用粉碎、高能輻射、蒸汽爆破等方式降低纖維素的結(jié)晶度，提高其可及度。其中粉碎和高能輻射能耗高，對(duì)酶解率的提高幅度很小。而蒸汽爆破預(yù)處理是一種有效的預(yù)處理方法，它主要是利用高溫高壓蒸汽，通過瞬間釋放壓力過程，實(shí)現(xiàn)原料的組分分離和結(jié)構(gòu)變化。蒸汽爆破預(yù)處理能有效地實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素化學(xué)組分分離，并且不用或少用化學(xué)藥品，對(duì)環(huán)境無污染，能耗較低，是近年來發(fā)展比較快、低成本的木質(zhì)纖維素高效分離技術(shù)。但是，此方法一般需要在200～230℃下進(jìn)行，壓力達(dá)到2～3MPa，對(duì)操作要求高，限制了其工程化應(yīng)用。若采用稀酸預(yù)處理木質(zhì)纖維素，能有效地將半纖維素水解為單糖和可溶性的低聚物，從而改善纖維素的轉(zhuǎn)化，降低蒸汽爆破處理的壓力和時(shí)間?；瘜W(xué)法主要是用酸、堿、有機(jī)溶劑等除去半纖維素、木素，但對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重。生物法則主要采用一些微生物(主要是白腐真菌、褐腐真菌、軟腐真菌)降解木質(zhì)素。但這些微生物發(fā)酵周期長、效率低，無法工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇預(yù)處理技術(shù)的不足，提供一種玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理方法。采用本發(fā)明方法可以有效提高酶解得率。

一種玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的新型預(yù)處理方法，以玉米秸稈為原料，將玉米秸稈磨碎后進(jìn)行中性和弱酸性中壓蒸汽爆破預(yù)處理，然后通過對(duì)比研究，得出弱酸性中壓蒸汽爆破預(yù)處理與中性蒸汽爆破預(yù)處理的產(chǎn)物混合后，有利于后續(xù)酶解反應(yīng)的進(jìn)行。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理方法，該方法的具體步驟為：

S1：取玉米秸稈原料，機(jī)械粉碎至3～5cm，在自然狀態(tài)下風(fēng)干至水分小于5％～10％，得到玉米秸稈粉末，常溫干燥環(huán)境條件下貯存，備用；

S2.預(yù)水解：將S1步驟所得玉米秸稈粉末平衡水分，加入水和酸液，進(jìn)行弱酸性中壓蒸汽爆破預(yù)處理，水解反應(yīng)結(jié)束后，將爆破樣品和水解液離心分離，分別收集樣品a和水解液，供后續(xù)分析使用；

S3.預(yù)水解：將S1步驟所得玉米秸稈粉末平衡水分，進(jìn)行中性蒸汽爆破預(yù)處理，水解反應(yīng)結(jié)束后，將爆破樣品和水解液離心分離，分別收集樣品b和水解液，供后續(xù)分析使用；

S4.對(duì)S2和S3所得到的爆破樣品進(jìn)行化學(xué)組分分析和形態(tài)結(jié)構(gòu)分析，對(duì)預(yù)水解液進(jìn)行糖分分析；

S5.分別收集S2和S3預(yù)水解后的樣品a和樣品b，洗滌干凈后，按照絕干質(zhì)量比為1:1～3:1的比例混合，得到用于后續(xù)酶解發(fā)酵的纖維素底物。

上述方法中，所述玉米秸稈取自我國東北地區(qū)。

上述方法中，S2中，所述弱酸性中壓蒸汽爆破預(yù)處理的條件為：底物濃度為0～20％，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～2％，爆破壓力為0.8～1.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為0～15min。

上述方法中，S3中，所述中性蒸汽爆破預(yù)處理的條件為：底物濃度為0～20％，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0％，爆破壓力為0.8～1.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為0～15min。

上述方法中，所述酸液為硫酸溶液。

上述方法中，分析儀器為Olympus?BX51生物顯微鏡、Carl?Zeiss?EVO18型掃描電子顯微鏡、IC?5000離子色譜儀、Metso?FS-300自動(dòng)纖維分析儀、Micro?Meritics?ASAP2020全自動(dòng)比表面積孔隙分析儀以及其它常規(guī)分析儀器。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用弱酸性中壓蒸汽爆破技術(shù)對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，硫酸用量少，預(yù)處理效果高，更有利于降低生產(chǎn)成本，提高酶解效率。

本發(fā)明采用弱酸性中壓蒸汽爆破技術(shù)對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，在提高秸稈產(chǎn)糖率的同時(shí)，去除對(duì)發(fā)酵過程具有抑制作用的半纖維素和少量木質(zhì)素，為進(jìn)一步進(jìn)行燃料乙醇等產(chǎn)品的清潔高效生產(chǎn)提供了一條有效途徑。

附圖說明