專利名稱：木質素的高溫分離方法
木質素的高溫分離方法在纖維素和糖從生物質轉化為其他有機化合物例如乙醇的過程中，木質素的有效去除是重要的。美國專利公布200900381212 Al教導了通過將溶液溫度升高至超過臨界溫度(在此溫度下，木質素釋放水)而除去來自造紙廠液體的木質素。該專利還教導，在處理過程期間當受熱的木質素物質(mass)達到分離臨界溫度時，木質素固體因物質隨后冷卻而沉淀， 而釋放的水聚積為上清液。雖然該方法對造紙廠液體可能奏效，但不能通過這種方式分離在生物質轉化的水解和發(fā)酵過程期間釋放的木質素。MM本說明書公開了用于從水性混合物分離木質素的方法，其包括以下步驟a)將混合物加熱至超過臨界溫度的溫度和b)在臨界溫度或超過臨界溫度的分離溫度下從混合物分離木質素。分離可通過離心、過濾、淘析或其它可接受技術包括重力來進行。還公開的是，混合物可包含能將纖維素轉化為糖的酶，并且混合物可來源于生物質原料和/或在加熱混合物的步驟之前有對生物質原料進行蒸汽爆破(steam explosion) 的步驟。進行分離的時間可在生物質至少部分已被水解為糖之后、在至少部分水解的生物質已被轉化為醇之后或在醇與水分離的蒸餾步驟之后。還公開的是，混合物的PH超過3. 5或甚至7. 0。還公開的是，臨界溫度在60°C _98°C的范圍，或該范圍的較低溫度是70°C并且較高溫度是97 °C。艦木質素是來自生物質原料的產(chǎn)物產(chǎn)生后留下的產(chǎn)物。例如在乙醇的生產(chǎn)過程中， 首先可對生物質原料進行預處理——通常用蒸汽爆破，水解為糖——通常在酶存在下，并且隨后使糖發(fā)酵以產(chǎn)生乙醇。通常通過蒸餾除去乙醇，留下水、木質素、酵母和其它酶。從溶液中分離木質素極其困難。認為這是由木質素對水的高吸收性造成的。US 20090038212宣稱含水量低的流態(tài)固體(liquid solid)可通過以下方式回收首先從混合物中分離木質素凝膠，將木質素加熱至超過臨界溫度的溫度，并且隨后使木質素冷卻從而致使固體在無水的情況下沉淀。利用該方法以從包含水、酵母和用于酶水解纖維素的酶的水性混合物中分離木質素的嘗試未能成功。在冷卻時木質素不沉淀，并且事實上，在高速離心后各相仍幾乎不能分
1 O已發(fā)現(xiàn)的是，當混合物的溫度保持在或超過臨界溫度時，在生物質轉化為醇的過程中形成的水性混合物中的木質素可得到更有效分離。臨界溫度與溶液的木質素的玻璃化轉變溫度相關。認為一旦將木質素加熱至超過其玻璃化轉變溫度，其釋放吸收的水分。玻璃化轉變部分取決于木質素類型、先前的熱處理 (例如水洗滌、蒸汽爆破和水解)以及吸收的水。因此，就本說明書的目的而言，臨界溫度是木質素塑性固體釋放吸收的水的最低溫度，其被認為接近特定木質素(已在先前條件下被處理)的玻璃化轉變溫度。盡管玻璃化轉變不同，但臨界溫度將出現(xiàn)在一個溫度范圍內，界限下端比處理過的木質素的起始玻璃化轉變溫度低10°c并且上端為225°C。225°C的上端由被認為是實際操作最高溫度的溫度確定，原因在于大量的水。更優(yōu)選的范圍是起始玻璃化轉變溫度至97°C。觀察已顯示超過某一溫度的更高溫度不會得到更好的分離。在實驗中，在80°C和90°C下的分離得到的結果非常相似。基于目前已知的，臨界溫度可接受的范圍是45°C至97°C、60°C至97°C、64°C至97°C、70°C至97°C、 74°C至 97°C、79°C至 97°C和 84°C至 97°C。然而，若已用其它方式處理木質素，已知玻璃化轉變可顯著下降。盡管理論上沒有可加熱混合物的上限，但優(yōu)選將混合物加熱至超過臨界溫度但小于230°C，更優(yōu)選小于99°C。加熱可用任何方法進行，其可在專業(yè)人員所需的時間內將混合物的溫度升高至所
需溫度ο從混合物分離木質素固體可用任何技術進行，其包括但不限于離心、重力沉降、過濾、淘析。因為該過程通常在水解后進行，混合物可包含至少一種能將纖維素轉化為糖的酶。本領域公知很多酶并且已經(jīng)充分建立用于評估這樣的酶是否能將纖維素轉化為糖的技術。因為通常從生物質原料獲得混合物，所以在混合物的加熱之前通常有對生物質原料進行蒸汽爆破的步驟。生物質特別為纖維素生物質的蒸汽爆破為本領域熟知。木質素分離的時點可在生物質原料轉化期間的許多時點期間出現(xiàn)。例如，混合物的加熱和分離可在生物質已至少部分被水解為糖之后并且在糖發(fā)酵為終產(chǎn)物之前進行。加熱和分離還可發(fā)生在至少部分水解的生物質已被轉化為醇(也稱為發(fā)酵步驟) 之后。木質素的加熱和分離還可作為蒸餾步驟的一部分進行，以將醇與混合物的水分離。pH也被認為是有效的參數(shù)，因此加熱和分離可在混合物的pH超過7. 0或至少超過 3. 5的情況下進行。實驗如以下實驗所示的，將通過洗滌、蒸汽爆破、水解和發(fā)酵而從生物質原料得到的混合物加熱至80°C并且隨后經(jīng)冷卻、加熱或保持在該溫度以在表I所示溫度下將其分離。在所示溫度下，將樣品在3000rpm下在所示的時間內離心。各樣品中似乎存在三相。第一相是液相，其為非常澄清的琥珀色并且在80°C和 95°C下分離的所有樣品中均不同。在室溫(名義上為23°C)下分離的樣品中，未觀察到明顯的相分離，并且事實上，各相看起來被輕微倒置，其中灰色固體樣物質位于稍暗液相的上部。在50°C下離心4和8分鐘的樣品中，三相的存在最為明顯。
表I中的測量結果是包含所測量的肉眼觀察到的相的試管對沿著試管壁直線部分測量的物質總量的高度的百分比。對于在80°C和95°C下分離的物質而言，不含固體的液體量為約80%，由此可看出該方法的效率。表I-分離后液體部分的高度
權利要求
1.用于從水性混合物分離木質素的方法，其包括以下步驟a)將所述混合物加熱至超過臨界溫度的溫度b)在所述臨界溫度或超過所述臨界溫度的分離溫度下從所述混合物分離木質素。
2.權利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過離心進行。
3.權利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過過濾進行。
4.權利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過重力進行。
5.權利要求1至4中任一項的方法，其中所述混合物包含能將纖維素轉化為糖的酶。
6.權利要求1至5中任一項的方法，其中所述混合物得自生物質原料并且在加熱所述混合物的步驟之前有對所述生物質原料進行蒸汽爆破的步驟。
7.權利要求6的方法，其中所述混合物的加熱在所述生物質至少部分已被水解為糖之后進行。
8.權利要求7的方法，其中所述混合物的加熱步驟在至少部分水解的生物質已被轉化為醇之后進行。
9.權利要求1至8中任一項的方法，其中所述混合物的加熱步驟的一部分作為蒸餾步驟的一部分進行以將醇與水分離。
10.權利要求1至9中任一項的方法，其中所述混合物的PH超過7.0。
11.權利要求1至10中任一項的方法，其中所述混合物的pH超過3.5。
12.權利要求1至11中任一項的方法，其中所述臨界溫度在45°C至98°C的范圍。
13.權利要求1至12中任一項的方法，其中所述臨界溫度介于較高溫度和較低溫度范圍內并且所述較高溫度是97°C并且所述較低溫度是60°C。
14.權利要求13的方法，其中所述較低溫度是70°C并且所述較高溫度是97°C。
15.權利要求13的方法，其中所述范圍的較低溫度是74°C。
全文摘要
本說明書描述了從得自生物質原料的水性混合物中分離木質素方法，其中所述分離在臨界溫度或超過臨界溫度通常超過60℃下進行。
文檔編號D21C1/04GK102575422SQ200980160532
公開日2012年7月11日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權日2009年7月13日
發(fā)明者A·博納尼, P·科貝拉尼 申請人:貝塔可再生資源公司