過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法。本發(fā)明的目的是提供一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，以提高處理后生物質(zhì)的酶解效率及單糖和乙醇產(chǎn)量。本發(fā)明的技術方案是：其特征在于：先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.2-2.0倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量0.2-5倍的液氨，加熱至70-190℃，并保持2-30分鐘，而后使氨以氣體形式釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。本發(fā)明適用于輔助纖維素酶消化聚糖，使其轉(zhuǎn)化為單糖，用于纖維素乙醇生產(chǎn)或作為飼料添加物。
【專利說明】過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，用于輔助纖維素酶消化聚糖，使其轉(zhuǎn)化為單糖，用于纖維素乙醇生產(chǎn)或作為飼料添加物。
【背景技術】
[0002]纖維素生物質(zhì)是指含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為主的原料，主要來源有木材、竹子、農(nóng)作物秸桿、果殼等。纖維素生物質(zhì)原料中的纖維素與半纖維素通過酶水解獲取可發(fā)酵的單糖，再經(jīng)發(fā)酵獲得乙醇，大致可分為預處理、酶解、發(fā)酵等步驟，具有理論轉(zhuǎn)化率高、反應溫和且無額外污染排放等優(yōu)點。秸桿等原料酶解后得到的單糖也可直接添加到飼料中，可直接被動物吸收。
[0003]生物質(zhì)的預處理是制備纖維素乙醇工藝中必需的也是最關鍵的步驟，其對生物質(zhì)原料的處理效果如何將直接影響到下游的酶解和發(fā)酵過程。預處理的目的在于解除木質(zhì)素對纖維素的封閉，移除部分木質(zhì)素，瓦解纖維素致密的晶體結構，提高酶的可及性，使聚糖轉(zhuǎn)化為單糖這一過程順利進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是:針對上述存在的問題提供一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，以過氧化氫和氨為介質(zhì)，在壓力容器中加熱并控制過氧化氫水溶液比例、溫度、保留時間、氨用量，以顯著提高處理后生物質(zhì)的酶解效率及單糖和
乙醇產(chǎn)量。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.2-2.0倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量0.2-5倍的液氨，加熱至70-190°C，并保持2-30分鐘，使氨釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
[0006] 過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.5-1.5倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量1-3倍的液氨，加熱至90-150°C，并保持5-15分鐘，使氨釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
[0007]過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.8-1.2倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量1.5-2.5倍的液氨，加熱至110-130°C，并保持8-12分鐘，使氨釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
[0008]所述生物質(zhì)原料為纖維素和木質(zhì)素的混合體，其原料包括木材、竹子、農(nóng)作物秸桿、果殼中的一種或任意幾種的混合物。
[0009]所述生物質(zhì)原料的含水率不高于25%。
[0010]所述壓力反應容器為壓力可調(diào)或可控，且采用外部電加熱法或內(nèi)部電加熱法加熱的壓力容器，其耐壓值為20MPa，一般可選用壓力反應釜。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明選用過氧化氫-液氨聯(lián)合預處理生物質(zhì)原料的處理過程中，破壞了纖維素的結晶結合，改變了木質(zhì)素結構，解除了木質(zhì)素對纖維素的封閉，移除了部分木質(zhì)素，從而提高了酶的可及性，使得預處理后生物制原料的單糖酶解得率可提高7倍，提高了單糖和乙醇的產(chǎn)量。2、大部分纖維素與半纖維素不會降解、不需要中和或清洗、不產(chǎn)生發(fā)酵抑制物，殘留的銨鹽可以作為微生物的營養(yǎng)，具有環(huán)境友好性。3、本發(fā)明所使用的過氧化氫和氨相對于其它試劑具有成本較低且對人體無毒副作用等特點，減壓后處于氣態(tài)的氨可以通過加壓降溫回收，繼續(xù)循環(huán)利用。4、本發(fā)明反應條件溫和、對設備材料性能要求較低，試劑對反應裝置沒有很強的腐蝕作用。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:利用過氧化氫-液氨聯(lián)合對以毛竹為生物質(zhì)原料的預處理方法。
[0013]將一年生的整株毛竹鋸斷、切割、粉碎過40目篩分，干燥后測得含水率8%左右，常溫下加入質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液(雙氧水)與其(毛竹粉末)混合，其中過氧化氫水溶液用量與生物質(zhì)原料(毛竹粉末)用量之比(質(zhì)量比)為0.7:1，拌勻后放入壓力反應釜中，密封后注入液氨，氨用量為生物質(zhì)原料(毛竹粉末)的2倍(質(zhì)量比)，控制反應釜加熱至150°C并保持10分鐘，而后打開閥門使過量的氨以氣體形式釋放(氨主要是使纖維膨脹、改變木質(zhì)素結構等作用，少量的會以水合氨的形式存在或反應；過量的氨使反應容器內(nèi)保持一定的壓力，可提高氨在生物質(zhì)原料中的滲透性，所以氨總是過量的)，取出處理后的原料進行干燥即可。預處理完的竹子進行72小時酶水解，每噸生物質(zhì)原料(毛竹粉末)可得葡萄糖和木糖約480公斤，與未作處理的竹子相比，同樣酶解條件下其轉(zhuǎn)化率提高6倍左右。
[0014]液氨加熱后在壓力反應釜中自然形成壓力，該壓力與液氨注入量、加熱溫度等因素有關。
[0015]實施例2:利用過氧化氫-液氨聯(lián)合對以玉米秸桿的預處理方法。
[0016]將玉米秸桿切割、粉碎至50-100目顆粒，干燥后測得含水率10%左右，常溫下加入質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液(雙氧水)與其(毛竹粉末)混合,其中過氧化氫水溶液用量與生物質(zhì)原料(毛竹粉末)用量之比(質(zhì)量比)為0.5:1，拌勻后放入壓力反應釜中，密封后注入液氨，氨用量為生物質(zhì)原料(毛竹粉末)的I倍(質(zhì)量比)，控制反應釜加熱至130°C并保持10分鐘，而后打開閥門釋放氣體，取出處理后的原料進行干燥即可。預處理完的秸桿進行72小時酶水解，每噸生物質(zhì)原料(毛竹粉末)可得葡萄糖和木糖約559公斤，與未作處理的秸桿相比，同樣酶解條件下其轉(zhuǎn)化率提高2倍左右，其中葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率分別為原料中所含聚糖理論值的88%和91%。
[0017]實施例3:利用過氧化氫-液氨聯(lián)合對稻草的預處理方法。
[0018]將稻草切割、粉碎至50-100目顆粒，干燥后測得含水率10%左右，常溫下加入質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液(雙氧水)與稻草混合,其中過氧化氫水溶液用量與生物質(zhì)原料用量之比(質(zhì)量比)為1: 1，拌勻后放入壓力反應釜中，密封后注入液氨，氨用量為生物質(zhì)原料的3倍(質(zhì)量比)，控制反應釜加熱至90°C并保持10分鐘，而后打開閥門釋放氣體，取出處理后的原料進行干燥即可。預處理完的秸桿進行144小時酶水解，每噸生物質(zhì)原料可得葡萄糖和木糖約523公斤，與未作處理的秸桿相比，同樣酶解條件下其轉(zhuǎn)化率提高2.4
倍左右。
[0019]實施例4:利用過氧化氫-液氨聯(lián)合對稻草、高粱秸桿、苜蓿草等混合物的預處理方法。
[0020]將三種農(nóng)作物秸桿進行切割、粉碎至50-100目顆粒，再按質(zhì)量比1:1:1進行混合，混合后的含水率經(jīng)測量不高于15%，常溫下加入質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液(雙氧水)與秸桿混合，其中過氧化氫水溶液用量與生物質(zhì)原料用量之比(質(zhì)量比)為1:1，拌勻后放入壓力反應釜中，密封后注入液氨，氨用量為生物質(zhì)原料的I倍(質(zhì)量比)，控制反應釜加熱至170°C并保持5分鐘，而后打開閥門釋放氣體，取出處理后的原料進行干燥即可。預處理完的秸桿進行144小時酶水解，每噸生物質(zhì)原料可得葡萄糖和木糖約364公斤，與未作處理的秸桿相比，同樣酶解條件下其轉(zhuǎn)化率提高1.6倍左右。
[0021]上述各實施例中，若原料本`身為100目以下的鋸末等材料，則可以省去粉粹步驟。
【權利要求】
1.一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.2-2.0倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量0.2-5倍的液氨，加熱至70-190°C，并保持2-30分鐘，而后使氨以氣體形式釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
2.一種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.5-1.5倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量1-3倍的液氨，加熱至90-150°C，并保持5-15分鐘，使氨釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
3.—種過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:先將粒徑10-100目的生物質(zhì)原料與質(zhì)量百分比為30%的過氧化氫水溶液在常溫下混合拌勻，其中過氧化氫水溶液用量為生物質(zhì)原料用量的0.8-1.2倍；再將所得混合物放入壓力反應容器內(nèi)，注入生物質(zhì)原料用量1.5-2.5倍的液氨，加熱至110-130°C，并保持8_12分鐘，使氨釋放，待冷卻后取出處理后的原料即可。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:所述生物質(zhì)原料為纖維素和木質(zhì)素的混合體，其原料包括木材、竹子、農(nóng)作物秸桿、果殼中的一種或任意幾種的混合物。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:所述生物質(zhì)原料的含水率不高于25%。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的過氧化氫和液氨聯(lián)合預處理纖維素生物質(zhì)原料的方法，其特征在于:所述壓力反應容器為壓力可調(diào)或可控，且采用外部電加熱法或內(nèi)部電加熱法加熱的壓力容器，其耐壓值為20MPa。
【文檔編號】C12P7/10GK103667389SQ201310645094
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】邵千鈞, 趙超, 趙相君, 彭何歡 申請人:浙江農(nóng)林大學