[發(fā)明專利]一種拆解分離林木生物質(zhì)組分的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310084299.2
• 申請(qǐng)日: 2023-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN116082418A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉莉;陳曉淼;劉乾靜;劉曹云容;王娜;史吉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號(hào): C07H3/02
• 分類號(hào): C07H3/02;C08H7/00;C07G1/00;C07H1/00;C07H3/06;C12P19/02;C12P7/06;C12P7/16;C12P7/10
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

本發(fā)明提供一種拆解分離林木生物質(zhì)組分的方法，該方法包括如下步驟：(1)半纖維素組分的拆解分離：將林木生物質(zhì)的粉末與FeClsubgt;3/subgt;酸性電解水溶液混合，在水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物固液分離，得到富含半纖維素降解產(chǎn)物的液體和富含纖維素和木質(zhì)素的固體；以及(2)木質(zhì)素組分的拆解分離：將得到的固體產(chǎn)物與三元低共熔溶劑混合，在常壓反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后固液分離，得到富含木質(zhì)素的液體和富含纖維素的固體；不僅能得到液體中溶解組分高溶解率，還能得到固體中組分的高保留率，從而實(shí)現(xiàn)林木生物質(zhì)三大組分的拆解分離和全組分高值化利用，提高林木生物質(zhì)生物煉制的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)處理過程清潔無污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種拆解分離林木生物質(zhì)組分的方法。

背景技術(shù)

林木生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正在成為引領(lǐng)科技創(chuàng)新和先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的一個(gè)新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，而林木生物質(zhì)組分拆解分離與轉(zhuǎn)化成為制約林木生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。林木生物質(zhì)中主要組分有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其相互交織構(gòu)成致密的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。纖維素本身具有特殊的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，木質(zhì)素與纖維素、半纖維素間通過醚鍵、酯鍵等化學(xué)鍵聯(lián)接，形成木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體，難以被纖維素酶水解，因此木質(zhì)纖維素原料必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚韺?shí)現(xiàn)組分分離，才能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)高效利用。林木生物質(zhì)各組分完整的分離開之后才能進(jìn)一步高效轉(zhuǎn)化利用。

在眾多的處理方法中，稀硫酸處理是比較成熟且使用最多的方法。稀硫酸處理雖然可以去除90％以上半纖維素，但處理完成后的硫酸直接排放污染環(huán)境且具有腐蝕性，同時(shí)要求反應(yīng)設(shè)備必須耐腐蝕；產(chǎn)生的廢酸液必須用堿來中和處理才可以排放；而且在高溫酸性條件下，很容易產(chǎn)生降解副產(chǎn)物糠醛、乙酸、羥甲基糠醛、酚類物質(zhì)等，這些副產(chǎn)物都是后續(xù)酶解發(fā)酵的抑制物，必須經(jīng)過脫毒處理才能進(jìn)行下一步利用。稀硫酸處理雖然能使半纖維素達(dá)到很高的去除率，但其回收利用率較低，同時(shí)還伴隨部分纖維素和木質(zhì)素的去除。在林木生物質(zhì)組分分離中，如果考慮在高效分離其中一種組分的同時(shí)，保證另外兩種組分盡可能的不受到影響，這樣才能使林木生物質(zhì)原料中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大組分真正實(shí)現(xiàn)高效全利用。此外，清潔無污染也是組分分離方法選擇的重要考慮因素。

電解水，是指在特殊裝置中將含低濃度電解質(zhì)(NaCl、KCl等)的水溶液經(jīng)電解處理，使水的pH值、氧化還原電位、有效氯濃度等指標(biāo)發(fā)生改變而產(chǎn)生的具有特殊功能的酸性電解水和堿性電解水的總稱。在高溫高壓下電解水反應(yīng)性強(qiáng)，既是反應(yīng)介質(zhì)又是反應(yīng)催化劑。電解水具有環(huán)境友好、對(duì)人體無毒副作用和制取方便等特點(diǎn)，在醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品加工、畜禽養(yǎng)殖、餐飲業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。其中強(qiáng)酸性電解水的pH值通常在2.0～3.5之間，氧化還原電位在1000～1200mV，有效氯濃度為30～300mg/L，如果能將酸性電解水應(yīng)用于林木生物質(zhì)處理過程，則可以避免處理以及后續(xù)排放過程中由于大量使用硫酸而帶來的環(huán)境污染問題。

低共熔溶劑(deep?eutectic?solvent,DES)作為一種新型合成綠色溶劑于2003年首次被報(bào)道。DES可以通過雙組分或三組分組合制備，DES是氫鍵受體(HBA，如季銨鹽)和氫鍵供體(HBD，如酰胺、羧酸和多元醇)以一定比例，通過氫鍵作用力結(jié)合在一起，在低于其組分熔點(diǎn)的溫度下融化的低共熔混合物。DES用于生物質(zhì)處理，可高效拆解分離木質(zhì)素，但同時(shí)也伴隨著一定量的纖維素和半纖維素的去除。

綜上所述，研發(fā)一種林木生物質(zhì)三大組分單一拆解分離的方法，分別獲得高純度的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組分，對(duì)于后續(xù)的高值化利用，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種拆解分離林木生物質(zhì)組分的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中林木生物質(zhì)原料中各組分實(shí)現(xiàn)完全利用以及清潔無污染處理的問題。