[發(fā)明專利]基于納米四氧化三鐵的木質纖維素預處理體系及其應用

有效

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• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111118080B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設計）人: 王志敏;宋安東;黃元;呂東燦;姜廣策;張鳳嬌;毛國濤;王風芹;張宏森;謝慧
• 申請（專利權）人: 河南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C12P19/00
• 分類號: C12P19/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發(fā)明屬于木質纖維素預處理技術領域，具體涉及基于納米Fe₃O₄的木質纖維素預處理體系及其應用。所述預處理體系的有效成分由以下組分組成：Fe₃O₄0.1~4g/L，過氧化合物0.1~5mol/L，巰基化合物0~0.05mol/L；所述過氧化物為過氧化氫或過氧化鈉中任一種或兩種混合物；所述巰基化合物為巰基乙酸、巰基丙酸、巰基乙酸酯、巰基丙酸酯中任一種或兩種任意比例的混合物。利用納米Fe₃O₄將芬頓催化反應與木質纖維素降解相結合，克服了現(xiàn)有技術中芬頓催化反應中鐵鹽不能回收利用的問題，有效提高了木質纖維素的降解效率，降低了芬頓催化反應的成本。

技術領域

本發(fā)明屬于木質纖維素預處理技術領域，具體涉及基于納米四氧化三鐵的木質纖維素預處理體系及其應用。

背景技術

木質纖維生物質富含纖維素、半纖維素和木質素，是最有潛力的可再生能源轉化材料。以農(nóng)林殘留物為代表的木質纖維素生物質是一種產(chǎn)量極為豐富的可再生資源，被認為是替代石化資源最有潛力的可再生資源。木質纖維素中的纖維素和半纖維素碳水化合物可以通過生物酶解得到單糖平臺化合物，進而經(jīng)過微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、丁醇等生物燃料，或利用化學催化轉化生產(chǎn)木糖醇、琥珀酸和乳酸等精細化學品。然而木質纖維素在長期的生物進化過程中形成的復雜且緊密的結構，天然具有抵御生物或物理化學降解的能力，給木質纖維素生物質資源的轉化和利用帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

利用化學、物理或生物方法對木質纖維素進行預處理能夠破壞或減弱其固有的抗降解屏障，從而提高其碳水化合物酶解糖化進而轉化為生物質燃料或精細化學品的效率。酸、堿、蒸汽爆炸、氨纖維爆炸、有機溶劑、離子液體、水熱等預處理方法可以在不同程度上提高碳水化合物的酶解效率，但嚴苛的預處理條件往往會造成原料的大量損失和結構的破壞。此外，現(xiàn)有技術存在的環(huán)境污染、成本高、溶劑回收困難、能耗高等問題也嚴重制約了這些預處理方法的規(guī)模化應用。

芬頓反應被廣泛用于環(huán)境有機污染物的降解。受自然界中白腐菌通過芬頓反應消解木質纖維素的啟發(fā)，最近芬頓反應也被用來預處理木質纖維素，以提高其纖維素酶解效率。Kato等人（Kato D M, Elia N, Flythe M, et al. Pretreatment oflignocellulosic biomass using Fenton chemistry [J]. Bioresource Technology,2014, 162:273-278）對這四種自然界存在的木質纖維素生物質材料進行溶液相芬頓處理，處理結束后的酶解結果顯示四種生物質原料經(jīng)溶液相芬頓預處理后酶解得率均有增加，四種生物質原料酶解得率平均提高了212%，表明基于亞鐵離子和過氧化物的均相芬頓反應是一種行之有效的生物質預處理工藝。然而，芬頓催化反應在實際應用中存在一些問題，比如大量水溶性Fe²⁺或Fe³⁺在預處理之后無法回收利用，最后沉淀形成污泥；對過氧化氫的利用率偏低，造成過氧化氫的嚴重浪費，從而增加了成本等。為此，現(xiàn)有技術中有一些關于改善傳統(tǒng)芬頓反應體系在木質纖維素降解中的應用研究，如專利CN107029791B公開了一種納米金剛石負載貴金屬銀的類芬頓預處理體系，改善了傳統(tǒng)芬頓預處理鐵污泥產(chǎn)生、pH值酸性和過氧化氫利用率低的問題，但該方法類芬頓催化劑制備程序復雜，涉及貴金屬催化劑的使用，增加了操作復雜性和預處理成本；不僅如此，該方法還會涉及到催化劑失活、回收困難等問題，這些因素都會限制其實際應用效果。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供基于納米Fe₃O₄的木質纖維素預處理體系，利用納米Fe₃O₄將芬頓催化反應與木質纖維素降解相結合，克服了現(xiàn)有技術中芬頓催化反應中鐵鹽不能回收利用的問題，有效提高了木質纖維素的降解效率，降低了芬頓催化反應的成本。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用以下技術方案：