[發明專利]一種酸水解液脫毒及制備纖維素乙醇的方法

在審

• 申請號: 202010165885.6
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111269947A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 王曉峰;楊曉敏;朱燕超;田玉美;王子忱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C01B32/324
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

一種酸水解液脫毒及制備纖維素乙醇的方法，屬于生物質能源化工領域，具體工藝如下：生物質粉碎、干燥，濃酸水解；醇溶解酸和含抑制劑有機物，析出糖和木質素，實現糖與抑制劑分離；減壓蒸餾回收醇，剩余酸和含抑制劑有機物；加水將酸稀釋，升溫脫水炭化有機物為膠體炭，調整酸濃度，返回水解工序循環利用；糖水解、發酵制備乙醇；膠體炭和木質素炭化、氧化制備活性炭。本發明用極性溶劑溶解抑制劑與非極性糖分離，脫毒和富集糖同步進行；把所有非糖水解有機物轉化為膠體炭，與木質素一起與糖、酸分離并制備活性炭；用一步濃酸水解工序代替酶解法中預處理工序、脫毒工序和酶解工序，簡化工藝，降低成本，無三廢產生。

技術領域

本發明屬于生物質能源化工領域，具體涉及一種酸水解液脫毒及制備纖維素乙醇的方法。

背景技術

纖維素燃料乙醇是以玉米芯、玉米秸稈等植物秸稈為原料，與糧食燃料乙醇相比具有不與糧爭地、不與人爭糧，資源豐富、綠色環保等優勢，符合國家產業政策，屬國家積極倡導的戰略性新興產業。

目前，普遍使用的酶解法是用纖維素酶將纖維素分解為葡萄糖，但是纖維素酶如何與生物質中纖維素接觸，既可及性，成為酶解法纖維素乙醇生產的主要制約步驟。

木質素的阻隔，半纖維素包裹，纖維素穩定的晶體結構，使酶解法無法將纖維素轉化為單糖，因此，必須對生物質進行預處理。

目前預處理的主要方法是降解半纖維素、脫出木質素，使纖維素暴露表面，實現纖維素酶可及性。但是，半纖維素、纖維素和木質素在預處理步驟中會產生大量副產物，是抑制纖維素酶和酵母菌作用的毒害物質，如糠醛、5-羥甲基糠醛、羧酸、酚等抑制劑，在酶水解后，減少糖轉化率5％～81％，因此，為了使抑制劑在發酵步驟前除去，必須增加的消除抑制劑的脫毒工序。

為了脫毒，科學家們研究開發出許多方法，包括：生物法、物理法、化學、吸附法或幾種方法的組合。

(1)生物方法，生物方法是使用特定酶和微生物與水解液中有毒化合物作用，改變他們組成。例如酶解脫除酚的脫毒機制是低分子量酚化合物的氧化聚合。

(2)物理脫毒方法，主要采用真空蒸發水解液，減少水解液中揮發分化合物的含量，如：乙酸，糠醛，香草醛等。但是，這個方法同時增加了非揮發分有毒化合物的濃度，導致發酵抑制程度增加。

(3)化學脫毒方法，包括有毒化合物沉淀；調整pH值使抑制劑離子化降低有毒化合物的毒性。

(4)活性炭吸附，為了提純或回收化學品，活性炭被廣泛用于吸附去除液相中的化合物，活性炭吸附依賴于pH，溫度，接觸時間和活性炭濃度。

由于水解產生的有毒分子多而雜，每個脫毒方法都不是全能的，是針對某些化合物而特定的，因此，最佳的脫毒方法是二個或更多不同脫毒方法的結合。例如，pH調整和活性炭吸附結合能夠去除大部分木質素降解產物(95％)，再沸騰能夠減少乙酸和糠醛濃度達到抑制微生物發酵的濃度以下(乙酸從31.2g/L到1.0g/L，糠醛從1.2g/L到0.5g/L)。

盡管科學家已經開展了大量研究工作，但是，由于水解產物多而雜，使脫毒工序復雜，效率低，到目前為止，脫毒技術仍不成熟，相對形成的額外成本高，大大降低了纖維素乙醇生產的技術和經濟可行性。

另外，目前的預處理工序主要是為了酶與纖維素接觸有效轉化為糖，額外增加了工序和成本，不單沒有對糖轉化做出直接貢獻，而且產生了大量的有毒化合物。目前的脫毒方法，只是為了脫毒而脫毒，沒有對脫毒產物進行利用，產生廢棄物，與預處理工序一樣，只是額外增加了工序和成本。酶水解工序只是將纖維素轉化為已糖，而昂貴的纖維素酶占纖維素乙醇成本的30％～50％，嚴重制約了纖維素乙醇的經濟可行性。

發明內容