[發明專利]采用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿纖維及木質素復合肥的方法

在審

• 申請號: 202211580644.3
• 申請日: 2022-12-07
• 公開（公告）號: CN115787343A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 劉超;李濱;于光;劉哲軒;崔球
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: D21H11/12
• 分類號: D21H11/12;C08H7/00;C05G1/00;C05G5/12;C05F11/00;C05F17/20;C05F17/40;C12P19/02;C12P19/14;D21H15/06;D21B1/02;D21C5/00;D21D1/20;D21D5/02
• 代理公司: 山東康裕律師事務所 37311
• 代理人: 傅培

本發明提供一種采用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿纖維及粉狀木質素的方法，包括以下步驟：前處理、蒸煮預處理、固液分離、固形物利用和混合液利用五個步驟。所述蒸煮預處理步驟的預處理反應試劑中，氧化劑的加入有助于氨與木質素發生反應，提升木質素粉的肥效；亞鐵離子有助于進一步提升氧化劑利用效率，而且其本身也可以作為肥料施用；若氧化劑加入較多，可不添加亞鐵離子。亞硫酸鈉的加入，可以同時提升蒸煮處理的脫木素效率和改善細小纖維的酶解效率。本申請還提供了采用前述粉狀木質素制備木質素復合肥的方法。本發明所述的采用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿纖維及木質素的方法，不但實現了木質纖維素的全組分利用，而且原料成本低，環境友好，產業應用前景良好。

技術領域

本發明屬于生物化工領域，具體涉及采用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿和木質素復合肥的方法。所述方法基于預處理對木質纖維類生物質組分進行改性、分離和高值化利用，實現了木質纖維生物質綜合利用且經濟可行。

背景技術

木質纖維類生物質資源是天然植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能的載體，它是可再生資源的重要組成部分。生物質是唯一的可再生碳源，也是理論上的“零碳排放”資源。我國有著豐富的生物質資源，玉米、水稻、小麥等木質纖維資源每年總量可超過9億噸，是豐富廉價的可再生資源(生物加工過程,2022,20(5):507-520)。利用這些廢棄的生物質資源是解決資源和能源瓶頸制約、保障循環經濟可持續發展的重要戰略。目前，秸稈焚燒問題依然嚴重，大量木質纖維類農業廢棄物被燃燒或者直接廢棄，生物質產業的資源化、商品化利用程度低。如何實現生物質的有效利用依然是世界性難題。

木質纖維類生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。目前，研究人員就其利用進行了深入研究，并取得了許多成果；但這些利用方式主要圍繞木質纖維的單一組分進行高效利用。關于纖維素制備乙醇，目前已經報道的預處理方法包括蒸汽爆破預處理(天津科技大學學報,2021,36(2):1-7)、酸性預處理(中國造紙，2020,39(3)：35-43)和雙螺桿擠壓預處理木質纖維(江西農業學報，2022,34(2):27-35)等。這些預處理技術可以提高纖維素的酶解效率，獲得大量可發酵糖，但是沒有關于木質素或者殘余物質利用的記載。因此，現有技術中木質纖維生物質利用存在的問題主要有以下幾個方面：(1)各組分未能有效利用，木質素主要作為低價值燃燒物；(2)產品單一，只生產發酵糖，產業鏈無法有效延伸；(3)未能根據木質纖維生物質的結構特點進行設計技術路線，現有的利用技術難以實現有效整合，經濟性差。因此，突破現有的木質纖維生物質利用模式，結合預處理技術剖析各組分的潛在利用價值，實現全組分綜合利用，對木質纖維素的高值化利用具有重大意義。

發明內容

針對現有技術中木質纖維素難以實現有效利用的現狀，本發明提供一種利用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿纖維及木質素復合肥的生物質綜合利用技術方案，不但解決了生物質相關產業規模化生產難以實施的問題，而且實現了木質纖維素的高價值利用，應用前景廣闊。

本發明的技術方案：采用木質纖維生物質聯產纖維糖、紙漿纖維及木質素的方法，包括以下步驟：

(1)前處理：將木質纖維生物質切斷至3-10cm，清洗后備用。其中，所述的木質纖維生物質是秸稈、玉米芯、麥稈或廢樹枝；所述清洗采用水膜除塵的方法，具體為采用噴淋水清洗木質纖維生物質。水膜除塵過程中噴淋水洗出懸濁液上層的生物質碎屑，可分離后用作有機肥，去除沙塵的懸濁液則繼續循環使用。

(2)蒸煮預處理：按照固液比1:4-1:10，向步驟(1)得到的木質纖維生物質中加入預處理反應試劑，在100-140℃的溫度條件下蒸煮處理40-120min得到反應物；其中，所述預處理反應試劑中氨水濃度為10-25wt％、亞鐵離子濃度0-0.01wt％、適量亞硫酸鈉以及氧化劑；其中，亞硫酸鈉為生物質原料重量的2-10wt％。所述預處理反應試劑中，氧化劑的加入有助于氨與木質素發生反應，提升木質素粉的肥效；亞鐵離子有助于進一步提升氧化劑利用效率，而且其本身也可以作為肥料施用；若氧化劑加入較多，可不添加亞鐵離子。亞硫酸鈉的加入，可以同時提升蒸煮處理的脫木素效率和改善細小纖維的酶解效率。