一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法及應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及再生能源技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法及應用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的逐漸枯竭和環(huán)境的日益惡化，大力推廣使用可再生能源技術(shù)成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，以減少對石化能源的需求依賴和溫室氣體的排放。
[0003]生物燃料近年來在可再生能源領(lǐng)域不斷受到重視。生物燃料泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。所謂的生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)，它包括植物、動物和微生物，不同于石油、煤炭、核能等傳統(tǒng)燃料，這新興的燃料是可再生燃料。
[0004]纖維素乙醇是生物燃料的重要一部分，其是以木材、草或農(nóng)作物不可使用部分為木質(zhì)纖維素原料，通過預處理、酶解糖化、微生物發(fā)酵、蒸餾、脫水五個階段制備獲得。對木質(zhì)纖維素原料進行預處理可以有效破壞植物纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，降低木質(zhì)素的聚合度，提高木質(zhì)纖維素材料的多孔性，以此增加酶解糖化環(huán)節(jié)中酶與底物的接觸面積、進而提高纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，木質(zhì)纖維素原料的預處理可分為:(1)物理方法，主要是機械粉碎法、蒸汽爆破、超臨界水處理和濕氧法；(2)化學方法，主要包括堿處理、稀酸處理、濃酸處理、氧化劑處理以及有機溶劑處理；(3)生物方法。在這些預處理方法中，堿處理是現(xiàn)在人們普遍采用的方法，即采用堿性物質(zhì)對木質(zhì)纖維素原料進行處理，常用的堿性物質(zhì)有氨水、液氨、氫氧化鈉、生石灰等。但是，以氨水或液氨進行預處理時需要采用高壓設備進行，條件苛刻；而采用氫氧化鈉或生石灰雖然可以在常壓下進行，但是預處理后需要大量水進行洗滌，除去堿性試劑。這些都不利于木質(zhì)纖維素預處理的工業(yè)化生產(chǎn)。最為重要的一點，現(xiàn)有的這些堿處理方法在預處理完木質(zhì)纖維素原料后，在酶解糖化階段中纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率較低。同時，經(jīng)過預處理的木質(zhì)纖維素原料水洗后雜質(zhì)含量仍較高，這無疑會加大對酶解的抑制作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法及應用，提高經(jīng)該方法預處理后的木質(zhì)纖維素原料在酶解糖化環(huán)節(jié)中纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率。
[0007]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法及應用，使得經(jīng)該方法預處理后的木質(zhì)纖維素原料不經(jīng)水洗顯著降低其中的雜質(zhì)含量。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法，用乙二胺處理木質(zhì)纖維素原料，然后以乙醇水溶液萃取。
[0010]針對現(xiàn)有的堿處理技術(shù)在預處理完木質(zhì)纖維素原料后，在酶解糖化階段中纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率較低以及預處理原料水洗后雜質(zhì)含量高的問題，本發(fā)明打破傳統(tǒng)預處理工藝技術(shù)思路，以乙二胺作為堿處理的試劑，同時增加以乙醇水溶液為溶劑萃取的步驟，解決了現(xiàn)有技術(shù)問題。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述乙醇水溶液中乙醇體積百分數(shù)為1-70 %，在本發(fā)明的一些實施例中，其可以選自10%、40%或70%。
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明所述方法將乙二胺和木質(zhì)纖維素原料混合，于密閉容器中加熱反應，然后將其中的固體以乙醇水溶液萃取、干燥，獲得預處理后的固體。
[0013]其中，作為優(yōu)選，所述木質(zhì)纖維素原料和乙二胺的質(zhì)量體積比為lg:0.l_2mL，在本發(fā)明的一些實施例中，其可以選自lg:0.2mL、lg:0.8mL或lg:2mL。
[0014]作為優(yōu)選，所述加熱為加熱到60-180°C，在本發(fā)明的一些實施例中，其可以選自65。。、160。?；?180 0C ο
[0015]作為優(yōu)選，所述反應的時間為5-120min，在本發(fā)明的一些實施例中，其可以選自30min、60min 或 120mino
[0016]作為優(yōu)選，所述干燥的溫度為20-160°C，在本發(fā)明的一些實施例中，其可以選自250C UOO0Cgg 150。。。
[0017]本發(fā)明所述方法中，木質(zhì)纖維素原料優(yōu)選為玉米秸桿或水稻秸桿。
[0018]按照本發(fā)明所述預處理方法對木質(zhì)纖維素原料進行處理，然后進行后續(xù)的酶解糖化，預處理后的原料經(jīng)萃取后雜質(zhì)(除纖維素、半纖維素和木質(zhì)素以外的物質(zhì))含量為2-8%，纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為85-93% ;而以傳統(tǒng)堿性試劑進行預處理后的木質(zhì)纖維素原料，在后續(xù)的酶解糖化中纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率僅為48-72%，預處理后的原料經(jīng)水洗后雜質(zhì)含3；為6-19%。
[0019]基于上述的技術(shù)效果，本發(fā)明還提供本發(fā)明所述方法在纖維素乙醇生產(chǎn)中的應用。
[0020]更具體地，本發(fā)明提供了一種木質(zhì)纖維素原料酶解的方法，以本發(fā)明所述方法預處理木質(zhì)纖維素原料，然后預處理后的木質(zhì)纖維素原料與纖維素酶、半纖維素酶、水混合酶解。
[0021]其中，作為優(yōu)選，所述預處理后的木質(zhì)纖維素原料、纖維素酶、半纖維素酶、水之間的比例為 Ig:0.08mL:0.04mL:14mL。
[0022]作為優(yōu)選，所述纖維素酶為Accellarasel500。
[0023]作為優(yōu)選，所述半纖維素酶為Multifect Xylanase0
[0024]作為優(yōu)選，所述酶解為在pH值為4.8體系中于50°C、200rpm轉(zhuǎn)速下酶解反應72h。
[0025]由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述方法選擇乙二胺作為木質(zhì)纖維素原料預處理的堿性試劑，并在密閉容器中加熱反應，最后以乙醇水溶液萃取，以此達到有效降解木質(zhì)素，提高纖維素酶解轉(zhuǎn)化葡萄糖的效率。同時，預處理后的木質(zhì)纖維素原料雜質(zhì)含量明顯低于現(xiàn)有預處理工藝。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明公開了一種木質(zhì)纖維素原料預處理的方法及應用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當改進工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明所述方法和應用已經(jīng)通過較佳實施例進行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)和應用本發(fā)明技術(shù)。
[0027]下面結(jié)合實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0028]實施例1:本發(fā)明木質(zhì)纖維素原料預處理方法及酶解方法
[0029]1、預處理方法
[0030]將5g剪切后的玉米秸桿放入10mL玻璃瓶中，加入ImL乙二胺，攪拌均勻，旋緊瓶蓋(木質(zhì)纖維素原料和純乙二胺的質(zhì)量體積比為lg:0.2mL)。
[0031]將上述盛有固液混合物的玻璃瓶放入180°C的烘箱中反應60分鐘。
[0032]取出固液混合物用紗布過濾，固體用50mL 70% (v/v)乙醇溶液對固體進行萃取，將萃取后的固體在25°C下干燥，得到預處理后的固體，經(jīng)檢測雜質(zhì)含量為2%。
[0033]2、酶解方法
[0034]取Ig經(jīng)過預處理的固體加入10mL錐形瓶，并向其中加入0.08mL纖維素酶AcceIIarase1500>0.04mL半纖維素酶Multifect Xylanase和14mL水，再向其中加入濃硫酸使體系pH值=4.8 ;
[0035]將上述得到的pH值為4.8的體系在50°C、200rpm搖床中酶解反應72h。
[0036]本發(fā)明檢測得到的酶解液中葡萄糖的濃度為9.8g/L，計算得到葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為89%。
[0037]3、對比例
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