[發明專利]一種基于糠醛類化合物萃取劑的兩相生物質預處理聯產化學品方法

有效

• 申請號: 201811083286.9
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109180617B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 譚雪松;王聞;莊新姝;王瓊;余強;亓偉;王忠銘
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C07D307/50
• 分類號: C07D307/50;C07D307/46;C12P19/14
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江;朱聰聰

本發明公開了一種基于糠醛類化合物萃取劑的兩相生物質預處理聯產化學品方法。該方法以酞酸酯或苯甲酸酯作為萃取劑，以至少含有無機酸、金屬鹽中的一種的酸性水溶液或酸性的含膽堿類離子液體或咪唑類離子液體的溶液作為極性溶液，在萃取劑?極性溶液兩相體系中對生物質原料進行預處理，從含糠醛、5?羥甲基糠醛等糠醛類化合物的生物質轉化利用過程的極性溶液中高效萃取產物，并結合生物質預處理過程，從而實現木質纖維素類生物質預處理并聯產糠醛類化合物的目的。該方法對糠醛類化合物的萃取效率高，產物易于分離，萃取劑和極性溶液能循環使用，具有高效、節能、低成本的優點。

技術領域

本發明涉及生物質能源轉化利用技術領域，具體涉及一種基于糠醛類化合物萃取劑的兩相生物質預處理聯產化學品方法。

背景技術

木質纖維素類生物質是地球上最豐富的可再生資源，主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。基于木質纖維素類生物質為原料生產燃料、材料或化工品的生物煉制技術日益受到人們關注。糠醛、5-羥甲基糠醛及其鹵代烷基糠醛等糠醛類化合物是一類重要的化工中間體，其衍生物在溶劑、樹脂合成、芳香劑、化妝品、塑料制品等領域有著廣闊的應用前景。糠醛類化合物可由生物質中纖維素、半纖維素及其衍生糖(葡萄糖、木聚糖等)脫水異構制得，但其易于縮聚，產物產率有限。為提高糠醛類化合物的產率，在反應過程中，添加多相萃取劑以穩定產物是常用的方法，常見的萃取劑有甲基異丁酮、2-甲基四氫呋喃、乙酸乙酯、正丁醇、甲苯、環戊基甲醚等。現有萃取劑對糠醛類化合物產率具有促進作用，然而其萃取效率有限，與產物分離困難，水相溶解度大等不足，限制了其應用。

木質纖維素中纖維素、半纖維素和木質素之間相互聯接，形成致密和復雜的空間三維結構，直接利用木質纖維素酶水解發酵產糖的效率非常低。通過預處理打破木質纖維素致密結構，降低“頑抗性”，以增加后續酶水解和發酵效率，是木質纖維素生物質精煉過程中必不可少的步驟。現有酸預處理、堿預處理、高溫液態水預處理、爆破預處理、亞硫酸鹽預處理等預處理技術，主要是通過物理或化學的方法，改變木質纖維素結構，增加纖維素對纖維素酶可及性來提高碳水化合物轉化為可發酵糖的產率與效率。

雖然通過現有預處理方法可有效打破木質纖維素結構，增加后續酶水解和發酵效率，但因液體酸堿使用帶來的腐蝕性及回收困難，亞硫酸鹽預處理帶來的氣液污染，水熱預處理高能耗及原料適應性窄，蒸汽爆破后酶解抑制劑去除需額外成本，預處理設備難于規模化等都限制了現有預處理技術的大規模工業化運用。為此，有必要尋求節能而綠色、高效而經濟的預處理方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點與不足，提供一種基于糠醛類化合物萃取劑的兩相生物質預處理聯產化學品方法，利用L酸和(或)B酸的酸性來催化木質纖維素組分的斷鍵分離、半纖維和纖維素轉化制備糠醛類化合物，同時利用酞酸酯或苯甲酸酯溶劑的高沸點、高疏水及對糠醛類化合物高度溶解特性，與極性溶液形成兩相，高選擇性地萃取相轉移糠醛類化合物，抑制其縮聚，以進一步提高產物收率，并將木質纖維素物料轉化為適宜后續酶解發酵原料用以酶解產糖。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種基于糠醛類化合物萃取劑的兩相生物質預處理聯產化學品方法，包括以下步驟：

(1)將粒度0.5～3mm的生物質原料加入反應器中，按生物質原料與極性溶液的質量體積比為1g:(2～10)mL加入極性溶液，按萃取劑與極性溶液的體積比為1:(0.4～4)加入萃取劑，形成萃取劑-極性溶液兩相體系，80～140℃下攪拌預處理反應20～180min，反應結束后過濾得到預處理后的原料渣，并分離溶有糠醛類化合物的萃取劑相和極性溶液相，所述的生物質原料為至少含有纖維素或半纖維素的植物或廢棄物；所述的萃取劑為酞酸酯和苯甲酸酯中的至少一種；所述的極性溶液為至少含有無機酸、金屬鹽中的一種的酸性水溶液或酸性的含膽堿類離子液體或咪唑類離子液體的溶液，其中酸性的含膽堿類離子液體或咪唑類離子液體的溶液的酸性可由離子液體或外加酸提供；