專利名稱：一種生物質(zhì)預處理的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種生物能源的生產(chǎn)方法，尤其是涉及一種生物質(zhì)預處理的方法，其利用氣候條件冰凍預處理農(nóng)作物秸稈和木屑及雜草。背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
中，實現(xiàn)生物質(zhì)中纖維素、半纖維素有效水解的生物質(zhì)預處理技術(shù)是目前生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的關鍵。目前缺少一種廉價、少污染、溫和條件下的適合大規(guī)模預處理的方法。氣爆技術(shù)的能耗高，酸堿處理不僅設備成本高，次生污染嚴重，既污染環(huán)境又產(chǎn)生抑制乙醇發(fā)酵的有毒物質(zhì)。生物法耗時長，效果差。木質(zhì)纖維素乙醇燃料生產(chǎn)急需一種能夠顯著降低生物質(zhì)預處理成本，排除因為預處理而加入或者新生的抑制乙醇發(fā)酵微生物作用的物質(zhì)的預處理新技術(shù)。凍融技術(shù)廣泛應用于細胞破壁。室內(nèi)人工凍融技術(shù)可以促進酶解秸稈中纖維素、 半纖維素成為單糖。這樣的預處理不需要高溫和有機溶劑，避免了木質(zhì)素二次和纖維素的再結(jié)合和自身重新凝聚，對預處理設備的耐酸耐堿要求低。但實現(xiàn)冰凍所需的人工制冷的能量消耗又增加了成本，限制了這一技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化應用。我國東北、內(nèi)蒙等地的冬季低溫期長，對自然冰凍的工業(yè)利用一直不足。這些地區(qū)每年產(chǎn)生大量的生物質(zhì)資源。在冬季，林木和秸稈類生物質(zhì)的常規(guī)堆放期間，由于生物質(zhì)表面的蠟層阻止雨水浸入，冰凍僅僅出現(xiàn)在木屑和秸稈的破損表面，深層處甚至還會釋放微生物發(fā)酵帶來的余熱。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種生物質(zhì)預處理的方法，其能減少成本和環(huán)境污染，改進生物質(zhì)乙醇發(fā)酵預處理。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于包括以下步驟
(1)將生物質(zhì)清除異物，洗凈，粉碎成為粉末狀；
(2)加入清水，自然冰凍；
(3)解凍
(4)攪拌、研磨后加入酶或者其它水解劑水解纖維素和半纖維素； (5 )過濾，濾液用于乙醇發(fā)酵，濾渣為原木質(zhì)素。步驟(2)中，自然冰凍為氣溫條件。例如能夠降到-20°C以下的地區(qū)的冬季氣候條件。步驟(3)中，解凍為自然解凍或者人工解凍。生物質(zhì)包括秸稈、木材或雜草。預處理后的生物質(zhì)用于所有生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素產(chǎn)品的生產(chǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下 1、本發(fā)明不需要高壓、高溫和人工制冷。2、本發(fā)明不產(chǎn)生造紙黑液和抑制酵母菌乙醇發(fā)酵的次生物質(zhì)。3、本發(fā)明可獲得原木質(zhì)素。4、本發(fā)明適合大規(guī)模生產(chǎn)。5、本發(fā)明成本低，使用簡單方便。具體實施例方式
本發(fā)明為一種生物質(zhì)預處理的方法，具體工藝是在冬季，在氣溫能夠降到-20°C以下的地區(qū)，利用自然冰凍對秸稈等生物質(zhì)進行大規(guī)模冰凍。在氣溫回升、自然解凍和人工解凍之后，開始進行生物質(zhì)的酶解或其它方式的水解。以小麥秸稈為例除去塵土、金屬、塑料等異物后，切割秸稈成為碎片促進生物質(zhì)吸水。放入耐低溫的容器內(nèi)，少量、多次加入清水并不斷攪拌，直至秸稈不再吸水。在自然冰凍期間的初期，要繼續(xù)進行適度攪拌。在春季到來后，冰凍的秸稈開始解凍，或者人工進行融解。解凍后的秸稈進入酶解階段，或者用其它方法進一步水解。生物質(zhì)包括所有的農(nóng)作物秸稈、草、木材和纖維類植物。本發(fā)明的原理是等體積的水結(jié)冰后體積會增大，冰凍消融后體積回縮。因此可用來破壞細胞壁。吸水后的植物秸稈、莖葉細胞在吸水之后會因內(nèi)含物吸水出現(xiàn)吸脹，結(jié)冰之后因細胞內(nèi)和周邊的水結(jié)冰而體積的增大，冰凍融化后的體積會再次縮小，從而導致細胞壁和周邊結(jié)構(gòu)撕裂，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素形成的有機質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞。和制漿造紙的脫木素相比，生物質(zhì)乙醇發(fā)酵的預處理目的是要松弛生物質(zhì)各組分之間的天然結(jié)構(gòu)，為酶法水解其中的纖維素和半纖維素成為可以發(fā)酵生成乙醇的單糖提供條件，木質(zhì)素可以在不影響多糖水解和發(fā)酵狀態(tài)下繼續(xù)留在水解液和發(fā)酵液中，直到最后進行回收利用。實施例1
將小麥秸稈粉碎成為粉末狀，在水泥地面一邊加入清水一邊攪拌，直到秸稈粉末不再吸水為止，-20°C以下低溫保持12小時，然后在室溫下自然融化。在保溫容器內(nèi)對融化后的秸稈進行強力攪拌后，再加入纖維素酶和半纖維素酶的酶解。過濾后的濾液中含纖維素、半纖維素水解后的單糖，濾渣為原木質(zhì)素。實施例2
將小麥木屑粉碎成為粉末狀，放入到水池中吸水12小時，排除多余的水，在-20°C以下低溫保持12小時，然后在室溫下自然融化。再將融化后的秸稈進行攪拌，研磨成漿，再進入其后的酶解或其它方式的水解。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將生物質(zhì)清除異物，洗凈，粉碎成為粉末狀；(2)加入清水，自然冰凍；(3)解凍(4)攪拌、研磨后加入酶或者其它水解劑水解纖維素和半纖維素； (5 )過濾，濾液用于乙醇發(fā)酵，濾渣為原木質(zhì)素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于步驟(2)中，自然冰凍為氣溫條件，能夠降到_20°C以下的地區(qū)的冬季氣候條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于步驟(3)中，解凍為自然解凍或者人工解凍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于生物質(zhì)包括秸稈、木材或雜草。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)預處理的方法，其特征在于預處理后的生物質(zhì)用于所有生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素產(chǎn)品的生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)預處理的方法，其能減少成本和環(huán)境污染，改進生物質(zhì)乙醇發(fā)酵預處理。本發(fā)明包括以下步驟(1)將生物質(zhì)清除異物，洗凈，粉碎成為粉末狀；(2)加入清水，自然冰凍；(3)解凍(4)攪拌、研磨后加入酶或者其它水解劑水解纖維素和半纖維素；(5)過濾，濾液用于乙醇發(fā)酵，濾渣為原木質(zhì)素。
文檔編號C08H7/00GK102433359SQ201110334120
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者王聯(lián)結(jié) 申請人:陜西科技大學