[發明專利]一種預處理蘆葦獲得高純度纖維素和改性木質素的方法

在審

• 申請號: 202010947967.6
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112064394A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 王海松;孫潤倉;周景輝;安慶大;翟尚儒;魯杰;程意
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: D21C9/10
• 分類號: D21C9/10;D21C9/14;D21C9/16;D21C5/00;C12P19/14;C12P7/10;C08H7/00;C12R1/865
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明公開了一種預處理蘆葦獲得高純度纖維素和改性木質素的方法，涉及生物質預處理領域。本發明把綠色的水熱預處理和氨水/過氧化氫預處理相結合，利用水熱預處理綠色溫和，可以溶出大部分半纖維素得到低聚木糖，用來制備木糖醇，或作為飼料添加劑等。而氨水/過氧化氫預處理則可以脫除木質素得到相比常規處理方法半纖維素含量更少、反應活性更高的氨化木質素，用來制備水凝膠、氣凝膠、吸附劑和農田肥料等，徹底解決了傳統制漿或預處理方法獲得的木質素純度低、反應活性低難以利用的難題。未溶解的部分則為高純度紙漿作為溶解漿或酶水解糖化發酵制備燃料乙醇，實現蘆葦原料的三大組分的高效分離和分別利用。

技術領域

本發明涉及生物質預處理領域，具體涉及一種預處理蘆葦獲得高純度纖維素和改性木質素的方法。

背景技術

蘆葦又名蘆、葦、蘆芛、蒹葭，是多年生的草本纖維類作物，屬被子植物門，單子葉植物綱，禾本目，禾本科，蘆葦屬，是一種主要分布在湖泊、溝渠、河溪、沼澤地等草甸上的單一植被，在世界各地都有廣泛分布。蘆葦作為我們國家分布最為廣泛和豐盛的非木材纖維資源，蘊藏量非常大，是一種比較重要的草類資源，廣泛分布于我國的遼寧、吉林、黑龍江、河北、山東、內蒙古、新疆等地區。現今全國擁有14個蘆葦大量生產區域，蘆葦生產面積達到130萬公頃以上的省份有山東、遼寧、湖南、湖北、新疆，這些地區種植面積都比較大。其中，遼寧省盤錦市擁有種植面積8萬hm²，年產量近45萬噸。新疆博斯騰湖具有1020km²的水面，沿湖生長著茂盛的蘆葦，是我國四大葦區之一。

蘆葦是一種適應性廣、抗逆性很強、種質資源十分豐富的世界性植物。它有分布在土壤深層的龐大的根系和生根狀莖，地面上植被一年一熟，并且能通過有性生殖繁殖后代。在漫長的自然選擇和進化過程中，形成了適應各種復雜環境，形態功能、用途各異的各種類型。在中國，受氣候環境影響，北方地區蘆葦的生長期大約是在4-7月之間，從7月中旬到8月下旬是蘆葦的開花結果期，10月停止生命周期開始變得枯黃。南方地區蘆葦的生長期在3-11 月之間。由于各地區氣候的差異以及水土不同導致蘆葦在各地區生長時期各不相同，而且成熟的蘆葦在形狀及大小等各項特征上也有差異。比如，新疆地區降雨比較少，貯存的蘆葦不會發生霉變，具有含硅量較低、韌性強等特性。蘆葦宜在冬天收獲，因為在冰面上收割，收割的蘆葦沒有根、無泥沙。

蘆葦中纖維素含量占主體的40％-60％，僅次于棉麻，糖分和蛋白質含量較高的部分是幼莖和嫩葉，可以用來加工制作動物飼料或直接作為牲畜的食物；花、莖、葉、根都可作為藥用；因其含有豐富的纖維素、半纖維素，制漿造紙原料也可以用蘆葦來代替。蘆葦濕地也是一種平衡生態系統的重要存在，蘆葦還具有抗旱、不與糧食作物爭地的特征，用途十分廣泛，是一種非常優良的植物纖維原料。

蘆葦利用必須對其進行預處理分離(或制漿)獲得纖維素、半纖維素和木質素，再分別轉化和利用。目前相關研究領域經常采用的預處理方法可以大致分為四種，分別為化學法預處理(氧脫木素法、堿處理、酸處理、濕氧化和臭氧法以及有機溶劑法等)、物理法預處理(微波照射、機械粉碎法、輻射處理和冷凍粉碎等)、物理化學結合法預處理(氨纖維爆破法、蒸汽爆破法、酸性亞硫酸鹽預處理法、高溫熱水預處理以及CO₂爆破法等)以及生物預處理等。這些預處理方法結果都有所不同，各有優缺點。

酸法預處理是研究最廣泛、最有效的木質纖維素預處理方法之一。酸處理可分為無機酸處理和有機酸處理。其原理都是通過溶解生物質半纖維素和少量木質素，增加纖維比表面積，進而增加酶對纖維素的可及性。酸處理因其易操作、纖維素水解糖得率較高等優點而利用率較高，但酸處理需要特殊的反應設備材料以及對后續酸的中和或回收上仍存在一定問題，在一定程度上阻礙了該法更為廣泛地應用。