[發明專利]一種提高木質纖維素原料酶解效率和木質素回收率的方法

有效

• 申請號: 201610096432.6
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105755883B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 許鳳;游婷婷;張遜;張學銘
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C07H1/08
• 分類號: C07H1/08;C08H7/00
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司11225
• 代理人: 朱梅,張皓

技術領域

本發明屬于木質纖維素原料預處理及分離技術領域，特別是涉及一種提高蘆竹纖維原料酶解效率和木質素回收率的方法。

背景技術

隨著化石能源的日益短缺以及溫室效應所帶來毀滅性災難的出現，采用可持續的、可再生的糖類農作物或木質纖維原料或藻類生物質來生產生物燃料乙醇替代化石燃料越來越受到人們的重視。燃料乙醇可通過多種木質纖維原料如玉米秸稈、能源植物、甘蔗渣等農林廢棄物或玉米、甘蔗等農作物或藻類發酵獲得，在緩解石油資源短缺、改善生態和環境質量等方面起著重要的作用。

二代燃料乙醇以木質纖維為原料，原料來源廣泛、技術成熟，具有廣闊的應用前景。木質纖維原料主要是由纖維素、木質素以及半纖維素組成。這三大組分結構復雜，且三者相互交織，形成了植物天然的抗降解屏障。而有效的預處理可以打破生物質天然的抗降解屏障，提高酶解、糖化效率。因此，燃料乙醇的生產通常經過兩步：一是通過預處理將可再生生物質水解形成糖類；二是糖類經酵母菌發酵生產生物乙醇。

常用的生物質預處理化學法有酸處理、堿處理、臭氧分解、氨纖維爆破、氨循環滲透預處理、離子液體溶解等。其中，離子液體預處理是一種相對較新的預處理技術，其主要優勢在于試劑低毒，原料適應性廣泛，被認為是最有發展前景的預處理方法之一。離子液體是一種在室溫下熔融的鹽，100％由陰離子和陽離子組成，具有良溶劑性、強極性、不揮發、難被氧化、對水和空氣穩定及組成可設計性等優良性能。在諸多離子液體中，1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽[Emim][OAc]被認為是預處理效果最好的離子液體。然而，[Emim][OAc]高昂的價格(90RMB/g)阻止了其進一步工業化利用。

降低離子液體預處理成本途徑之一是盡可能采用價格較低的工業化離子液體如1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽[Bmim]Cl，并通過加酸催化來提高的[Bmim]Cl的酶解效率。液體酸如HCl，H₂SO₄等催化離子液體預處理原料具有良好的效果。降低離子液體預處理成本的另一途徑是回收木質素副產物。離子液體能部分溶解木質素，如專利申請號為CN201410586525.8、CN201410551903.9、CN201110059319.8等所公布的方法。目前離子液體木質素回收方法有溶劑分離、兩相萃取、膜過濾等。對于丙酮分離方法，得到丙酮木質素溶液以后一般采用丙酮在自然環境中揮發促使木質素析出的方法。

然而上述現有技術至少存在以下缺點：現有的酸催化離子液體預處理用于提高纖維原料酶解效率時，強酸危險性高，對反應器的耐腐性要求較高，且預處理后酸解液需要用大量的堿中和，存在回收困難等難題。兩相萃取及膜過濾回收木質素成本高，而常溫條件下離子液體與木質素形成的氫鍵不易被破壞，導致丙酮分離效率低，并且丙酮為在自然環境下揮發，揮發時間長，丙酮基本無法回收使用。丙酮揮發至空氣中，嚴重危害工作人員的身體健康。因此急需開發一種新的提高纖維素原料酶解效率和木質素回收率的方法。

發明內容

為了解決現有技術的問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了一種提高木質纖維素原料酶解效率和木質素回收率的方法，所述方法包括：

(1)將木質纖維素原料粉碎，形成粒度為80～100目的顆粒狀原料；

(2)將所述顆粒狀原料溶于離子液體中，得到木質纖維素原料的離子液體漿液，所述的原料與離子液體的質量比例為1:10～30，溶解時間為2～4h，溶解溫度為90～150℃；

(3)加入粒徑為14目至35目的固體酸于所述木質纖維素原料的離子液體漿液中進行催化反應，得到木質纖維素原料離子液體混合漿液，所述混合漿液中固體酸的質量百分比分數為1％至3％，催化溫度為90～150℃，催化時間為0.5～1.5h；

(4)將步驟3)中反應得到的混合漿液倒入1至5倍，優選為3倍體積的反相試劑再生，離心，獲得粗再生木質纖維素原料和離子液體木質素溶液；

(5)將所述粗再生木質纖維素原料用熱水洗滌4-6次，干燥，得再生木質纖維素原料及固體酸，然后采用60目～80目的篩子進行篩分，以回收固體酸；

(6)將所述離子液體木質素溶液在50至70℃下加熱攪拌一段時間后，減壓蒸餾，回收反相溶劑，離心，得木質素粗提物，對離心得到的液體繼續再減壓蒸餾回收離子液體；

(7)將步驟6)中得到的所述木質素粗提物經1至5次去離子水洗滌，沉淀，過濾，干燥，得到木質素粉末。