[發明專利]利用離子液體[Bmim]Cl預處理棉花秸稈的方法

在審

• 申請號: 201610218936.0
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105671091A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 周大云;杜雙奎;王延琴;魏守軍;楊偉華;匡猛;馬磊;方丹;徐雙嬌
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院棉花研究所
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明涉及可再生資源利用及纖維素化學領域，具體地說，涉及 一種利用離子液體[Bmim]Cl預處理棉花秸稈的方法。

背景技術

我國的農作物平均年產量高達6000萬噸，有豐富的自然資源，但 是利用率低，絕大多數的農業廢棄物都以焚燒的形式處理。在浪費自 然資源的同時，對生態環境也造成了一定的危害。隨著科技的進步， 把農作物秸稈進行加工，將纖維素水解制還原糖，再轉化為燃料乙醇 的研究對我國生態環境和農村經濟發展意義重大，也可緩解能源短 缺、化石能源的污染等問題。棉花秸稈中纖維素含量高達32％～46％， 用其制備燃料乙醇對于解決能源危機和環境問題提供了一條新途徑。

棉花秸稈除含豐富的韌皮纖維和大量的木質纖維素外，還具有介 于木本植物和草本植物之間的特殊植物形態和結構，此外還富含粗蛋 白、氮和磷，因此棉花秸稈具有很好的開發利用價值。但是較多的木 質素和半纖維素包裹、包埋于纖維素骨架中，對纖維素產生空間位阻， 阻礙催化劑對纖維素的可及性；同時由于纖維素的結晶區難于水解， 其高結晶程度會降低催化劑水解纖維素的效率，對棉花秸稈等木質纖 維素的開發和利用有一定的限制。為了提高秸稈的利用率和附加值， 尋找一種理想的秸稈預處理方法非常必要。目前預處理技術存在處理 效果與成本的不對應，難于同時達到低成本和高效的預處理方法，故 提高預處理的效率和降低預處理成本已成為研究的關鍵所在。

離子液體是新興起的一種極具應用前景的綠色溶劑，是一種完全 由有機陽離子和有機或無機陰離子組成的低溫熔融鹽。近年來，離子 液體以其熱穩定性好、不易燃、不揮發、電導率高、溶解范圍廣、可 重復利用等特點引起了國內外學者的重視。離子液體對生物質秸稈的 預處理，主要是將干燥的秸稈與離子液體相互混合，在一定溫度下攪 拌至其完全溶解，向溶解后的纖維素和離子液體的混合溶液中加入水 或乙醇等反溶劑使纖維素再生出來，充分洗滌以保證離子液體被完全 去除。然后利用再生纖維素與纖維素酶作用產生的還原糖發酵制備燃 料乙醇。離子液體處理生物質原料可以縮短纖維素水解的時間，提高 還原糖的產率，相對于酸處理、堿處理等方法處理的產糖效果更好。

目前常用的預處理方法包括物理法、化學法和生物法。物理法包 括機械磨碎、蒸汽爆破法和電離福射法等，機械法可以降低物料的尺 寸，降低結晶度；蒸汽爆破法可以促使纖維素中木質素溶于醇溶液中。 化學法主要是利用酸、堿、氨等處理纖維素原料。生物法是利用細菌 或真菌來降解木質素。這幾種方法雖然可以達到對纖維素進行預處理 的目的，但都具有一定的弊端。物理法能耗大、成本高而且效率低， 化學法使用酸、堿和有機試劑會對環境產生一定的影響，目前生物法 可采用的微生物種類較少，而且作用周期較長。

發明內容

本發明針對現有預處理棉花秸稈方法中存在的缺陷或不足，提供 一種新型的利用離子液體[Bmim]Cl預處理棉花秸稈的方法，旨在破壞 棉花秸稈致密的結構，利于后續酶解糖化。

為了實現本發明目的，本發明提供的利用離子液體[Bmim]Cl預處 理棉花秸稈的方法，將棉花秸稈粉碎后與離子液體[Bmim]Cl按照質量 比為1:10-20混合，在常壓下于70～140℃反應1～8h，然后冷卻至室溫， 攪拌狀態下加入水(優選去離子水)、乙醇或丙酮，抽濾，洗滌濾渣， 干燥至恒重，得到再生秸稈。

本發明中還可以使用離子液體[Amim]Cl、[Emim]Ac等來替代 [Bmim]Cl預處理棉花秸稈。與其它種類的離子液體相比，[Bmim]Cl 的合成工藝相對簡單，成本相對較低，且處理效果較好，優選用于本 發明中。

具體地，所述方法包括以下步驟：

1)棉花秸稈經干燥后，粉碎，過40-80目篩(優選過40目篩)， 得到棉花秸稈粉；

2)將棉花秸稈粉與離子液體[Bmim]Cl按照質量比為1:10混合， 在常壓下于120℃反應4h，然后冷卻至室溫，攪拌狀態下加入水、乙 醇或丙酮，抽濾，洗滌濾渣，干燥至恒重，得到再生秸稈。

前述的方法，步驟2)用油浴加熱。

前述的方法，步驟2)用水(優選蒸餾水)、乙醇或丙酮將濾渣 洗至濾液呈無色，然后將濾渣于60℃烘干至恒重。

前述的方法，步驟2)使用布氏漏斗進行抽濾。