[發(fā)明專利]去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑及其制法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011186025.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN114425314A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐開宇;張全;關(guān)浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號(hào): B01J21/18
• 分類號(hào): B01J21/18;B01J37/34;B01J37/02;B01J37/08;B01J37/14
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本發(fā)明公開了一種去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑及其制法和應(yīng)用。本發(fā)明方法包括：（1）將松木、楊木、柳木、核桃殼、桃核、椰殼、竹子中的至少兩種木質(zhì)材料進(jìn)行干燥處理；（2）使用離子液體在微波條件下溶解步驟（1）干燥后的木質(zhì)材料，得到混合溶液；（3）將步驟（2）得到的混合溶液與多孔陶瓷顆粒載體混合，浸漬、干燥、焙燒、炭化；（4）將步驟（3）所得物料置于馬弗爐中，進(jìn)行氣相氧化處理，得到活性炭催化劑。本發(fā)明活性炭催化劑對(duì)蒸爆木質(zhì)纖維素物料進(jìn)行脫毒處理，脫毒效率較高，降低了抑制物對(duì)酶解和發(fā)酵的負(fù)面影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑及其制法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其乙醇轉(zhuǎn)化必須經(jīng)過預(yù)處理。其中，蒸汽爆破作為一種預(yù)處理方法，能有效實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素化學(xué)組分分離，并且不用或少用化學(xué)藥品，對(duì)環(huán)境無污染，能耗低，是近些年來發(fā)展比較快、比較有效、低成本的木質(zhì)纖維素高效分離技術(shù)。

蒸汽爆破預(yù)處理過程中由于糖類及木質(zhì)素的降解，會(huì)釋放一些微生物生長的抑制劑，有弱酸類抑制物（甲酸，乙酸，乙酰丙酸等），糠醛類抑制物（糠醛、5-羥甲基糠醛）以及酚類抑制物（香草醛，對(duì)苯二酚，4-羥基苯甲酸）等物質(zhì)。這些抑制物尤其是酚類對(duì)隨后的酶解及微生物發(fā)酵有明顯的抑制作用，因此在酶解和發(fā)酵之前應(yīng)進(jìn)行脫毒處理。目前使用的脫毒方法較多，有物理脫毒、化學(xué)脫毒、生物脫毒等方法。

物理脫毒方法包括旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、溶劑萃取和吸附等。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)可減少低沸點(diǎn)有機(jī)物，如乙酸、糠醛，但同時(shí)增加了非揮發(fā)性抑制物的濃度，導(dǎo)致發(fā)酵效率降低。溶劑萃取法存在溶劑回收困難的缺點(diǎn)，且成本較高。吸附法在脫除抑制物的同時(shí)會(huì)吸附一些可發(fā)酵糖，使發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量降低。

化學(xué)脫毒方法主要是通過化學(xué)反應(yīng)通過化學(xué)沉淀或通過改變pH值和一些抑制物的電離特性。其中最常用的是使用過量的Ca(OH)₂預(yù)處理酸解液。

生物脫毒方法是指用一些特定的酶或微生物作用于發(fā)酵抑制物，通過改變抑制物的結(jié)構(gòu)而降低其毒性。但酶的費(fèi)用較高，而微生物需要培養(yǎng)，且會(huì)消耗水解液中糖類。

Cantarella M等（Comparison of different detoxification methods forsteam-exploded poplar wood as a substrate for the bioproduction of ethanol inSHF and SSF,Process Biochemistry, 2004, 39(11):1533-1542）比較了三種對(duì)稀酸蒸爆白楊木材物料的脫毒方法，包括水沖洗，水-乙酸乙脂兩級(jí)萃取，過量Ca(OH)₂處理，其中過量Ca(OH)₂處理的效果最好，經(jīng)脫毒后進(jìn)行酶解，纖維素轉(zhuǎn)化率88.4%，同步糖化發(fā)酵的乙醇濃度為24.6g/L。但該方法的缺點(diǎn)是由于鈣離子的沉淀，易對(duì)后續(xù)的蒸餾等步驟不利，而且過量堿會(huì)使糖類成分遭到破壞。

CN102286545A公開了一種去除秸稈酶解液抑制丁醇發(fā)酵的可溶性木質(zhì)素的方法，該方法包括用活性炭處理秸稈酶解液或用堿性雙氧水處理秸稈，以去除秸稈產(chǎn)生的發(fā)酵抑制物。采用活性炭處理秸稈酶解液可以去除酶解液中的可溶性木質(zhì)素，得到的酶解液補(bǔ)加氮源后可用于發(fā)酵丁醇；采用堿性雙氧水處理秸稈可以去除秸稈中的木質(zhì)素，減少酶解后可溶性木質(zhì)素的產(chǎn)生。但是，上述方法只是用于去除其中的木質(zhì)素成分，并未涉及其它抑制物的去除情況。

綜上，發(fā)明一種更有利于去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑及制備方法是本領(lǐng)域亟待解決的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑及其制法和應(yīng)用。本發(fā)明催化劑對(duì)蒸爆木質(zhì)纖維素物料進(jìn)行脫毒處理，脫毒效率較高，降低了抑制物對(duì)酶解和發(fā)酵的負(fù)面影響。

本發(fā)明第一方面，提供了一種去除蒸爆木質(zhì)纖維素物料抑制物的催化劑的制法，包括以下步驟：