用于生物質(zhì)的水不溶性組分的離析方法和由其提供的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本方法包括使用第一堿性溶液對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，并機(jī)械改變纖維，以提供流態(tài)化的生物質(zhì)。隨后使所述流態(tài)化的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，隨后經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級分和第一分級生物質(zhì)分離。使分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化，隨后經(jīng)受壓縮力，以分離呈水溶性形式的生物質(zhì)的一種或更多種水不溶性組分。
【專利說明】用于生物質(zhì)的水不溶性組分的離析方法和由其提供的產(chǎn)品
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請要求2013年8月12日提交的美國臨時專利申請序列號61/864,853、2013年11月 27日提交的美國臨時專利申請序列號61/909,418和2013年12月20日提交的美國臨時專利 申請序列號61/919,194的優(yōu)先權(quán)，上述專利申請的公開內(nèi)容通過引用以其全部并入本文。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于離析生物質(zhì)的組分的方法。在所述方法中提供的級分和提出物的 實(shí)例包括木質(zhì)素、纖維素、糖、半纖維素、纖維和/或提出物的提取、離析和純化。
[0003] 發(fā)明背景 通常將天然的纖維素原料稱作"生物質(zhì)"。包括木材、紙、農(nóng)業(yè)殘?jiān)?、草本作物和木質(zhì)纖 維素的城市和工業(yè)固體廢棄物的多種類型的生物質(zhì)已被考慮作為用于廣泛范圍的制品的 生產(chǎn)和制備的原料。植物生物質(zhì)材料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，與大量的可提 取物、果膠、蛋白質(zhì)和/或灰分一起結(jié)合在復(fù)雜而纏結(jié)的凝膠狀結(jié)構(gòu)中。因此，生物質(zhì)作為化 學(xué)原料的成功的商業(yè)用途取決于這些各種成分的有效的和/或經(jīng)濟(jì)的分離和離析。
[0004]在生物質(zhì)的生產(chǎn)、收獲、儲存、運(yùn)輸和加工中經(jīng)常需要很多步驟，以產(chǎn)生有用的產(chǎn) 品。加工中的一個步驟是將生物質(zhì)分離或分級成其主要組分:提出物、半纖維素、木質(zhì)素和 纖維素。已研究了很多方法來解開生物質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。一旦實(shí)現(xiàn)該分離，則打開了用于將各 組分進(jìn)一步加工成可銷售的產(chǎn)品的各種各樣的途徑。例如，近來從生物質(zhì)生產(chǎn)產(chǎn)品例如生 物燃料、聚合物和膠乳替代品的可能性已受到很多關(guān)注。這種關(guān)注歸因于大量纖維素原料 的可利用性、使廢棄纖維素材料的燃燒或填埋減到最少的需要和糖和纖維素作為取代油基 產(chǎn)品的原材料的有用性。
[0005] 其離析一直令人感興趣的生物質(zhì)的一個組分是木質(zhì)素。木質(zhì)素是交聯(lián)的外消旋大 分子，其分子質(zhì)量超過10，〇〇〇 Da。它性質(zhì)上相對地為疏水性和芳香性的。聚合度本質(zhì)上難 以測量，因?yàn)槠渫ǔＴ诘湫偷奶崛∑陂g碎裂(fragmented)，且分子由似乎以任意方式重復(fù) 的各種類型的子結(jié)構(gòu)構(gòu)成。取決于離析的方法已描述了不同類型的木質(zhì)素。
[0006] 存在三種被甲氧基化至各種程度的單木質(zhì)醇單體(monolignol monomers):對香 豆醇、松柏醇和芥子醇。這些木質(zhì)醇分別以苯丙素(？1^1154卩1'0卩311〇1(18)對羥基苯基(1〇、愈 創(chuàng)木基(G)和紫丁香基(S)的形式結(jié)合在木質(zhì)素中。裸子植物具有幾乎全部由G和小量的H構(gòu) 成的木質(zhì)素。雙子葉被子植物(dicotyledonous angiosperms)的木質(zhì)素通常是G和S(包含 非常少的H)的混合物，而單子葉木質(zhì)素是所有三種的混合物。很多草類主要具有G，然而一 些棕櫚主要具有S。所有木質(zhì)素含有小量的不完整的或改性的單木質(zhì)醇，而在非木質(zhì)植物中 其它單體是主要的。
[0007] 類似地，生物質(zhì)的另一組分纖維素特別令人感興趣，特別是關(guān)于造紙工業(yè)和在生 物燃料的生產(chǎn)中。纖維素是具有式(C6H 1Q05)n的有機(jī)化合物，由數(shù)百至過萬個0(1-4)連接 的D-葡萄糖單元的直鏈構(gòu)成的多糖。纖維素是綠色植物的初生細(xì)胞壁、多種形式的藻類和 卵菌的重要的結(jié)構(gòu)組分。纖維素是地球上極其豐富的有機(jī)聚合物。棉纖維的纖維素含量是 90%，木材的纖維素含量是40-50%，及干大麻的纖維素含量約45%。纖維素主要用于生產(chǎn)紙板 和紙。較小的量轉(zhuǎn)化成各種各樣的衍生產(chǎn)品，例如玻璃紙和人造絲。
[0008] 因此，持續(xù)存在對于改善的系統(tǒng)和方法的需要，所述系統(tǒng)和方法用于將固態(tài)生物 質(zhì)分離成其單獨(dú)構(gòu)成組分，特別是木質(zhì)素、半纖維素和纖維素，并考慮了例如環(huán)境和能源問 題、效率和費(fèi)用效益的因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 應(yīng)當(dāng)意識到提供本概述以介紹簡化形式的一系列概念，在以下詳述中進(jìn)一步描述所述 概念。本概述不意欲鑒定本公開的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意欲限制本發(fā)明的范圍。
[0010] 本發(fā)明提供用于離析生物質(zhì)的各種組分的方法，所述方法可適應(yīng)于大規(guī)模生產(chǎn)， 使用環(huán)境友好的溶劑和/或是節(jié)能的。此外，本發(fā)明提供用于離析水溶性形式的生物質(zhì)的各 種水不溶性組分，同時提供基本上無半纖維素、其它糖和水不溶性組分的生物質(zhì)的方法。 [0011]所述方法包括使用第一堿性溶液，例如氫氧化鈉，對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理可 包括機(jī)械改變纖維，以，例如，展開(open up)纖維并形成流態(tài)化的生物質(zhì)。隨后使具有展開 的纖維的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而沒有使生物質(zhì)的單獨(dú)組分變性。隨后使生物質(zhì) 經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級分與第一分級生物質(zhì)分離。隨后可使第一分級生物質(zhì)再次經(jīng) 受與之前相同的高頻脈沖和剪切力，特別是若有半纖維素和/或糖依然存在于第一分級生 物質(zhì)中的話。使用壓縮力將第二液態(tài)級分與第二分級生物質(zhì)分離。第二分級生物質(zhì)的纖維 素和包括木質(zhì)素和蛋白質(zhì)的水不溶性組分的含量高，且第二分級生物質(zhì)基本上無半纖維素 和糖。使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化，例如使用pH為8至12的過氧化氫。隨后使第二分級生物 質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將呈水溶性和液態(tài)形式的生物質(zhì)中一種或更多種水不溶性組分，與基本 上無半纖維素、糖和生物質(zhì)的水不溶性組分的第二分級生物質(zhì)分離。
[0012]本發(fā)明還提供了在環(huán)境溫度下、在5至12的pH下呈水溶性形式的生物質(zhì)的水不溶 性組分。通常為水溶性的示例性組分包括半纖維素、糖、果膠、一些蛋白質(zhì)和提出物。通常為 水不溶性的組分包括脂質(zhì)、木質(zhì)素、一些蛋白質(zhì)和提出物。
[0013] 附圖簡述 圖1描繪了流程圖，其概述了本發(fā)明方法的實(shí)施方式。
[0014] 圖2描繪了流程圖，其概述了本發(fā)明方法的另一實(shí)施方式。
[0015] 實(shí)施方式詳述 在以下詳述中，詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，以使得能夠?qū)嵺`本發(fā)明。雖然參考這 些具體的實(shí)施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)意識到可采取不同的形式來將本發(fā)明具體化， 且不應(yīng)解釋為限于本文陳述的實(shí)施方式。相反，提供這些實(shí)施方式以使本公開將是詳盡且 完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本發(fā)明的范圍。
[0016] 在本文發(fā)明的說明書中使用的術(shù)語僅用于描述特定的實(shí)施方式的目的，且不意欲 作為本發(fā)明的限制。如在本發(fā)明的說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式"一" (〃a，〃 〃an〃)和"所述"（"the")也意欲包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。本發(fā)明 包括在考慮以下詳述后將變得顯而易見的眾多替代物、變型和等價(jià)物。
[0017]將理解雖然術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"、〃a)〃、〃b)〃和〃c)〃等在本文中可用于描 述本發(fā)明的各要素，但是(本發(fā)明）不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將本發(fā)明的一要 素與另一要素區(qū)別開來。因此，以下討論的第一要素可稱作要素方面，和類似地，第三要素， 而不偏離本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"、〃a)〃、〃b)〃和〃c)〃等不意欲必 然將順序或其它層次傳達(dá)給相關(guān)要素，而僅用作鑒定的目的。操作(或步驟）的順序不限于 在權(quán)利要求書或圖中所呈現(xiàn)的次序，除非另外明確指出。可同時實(shí)施步驟。
[0018] 除非另外定義，否則，本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本 發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。將進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用詞 典中定義的那些，應(yīng)當(dāng)解釋為具有與它們在本申請的上下文和相關(guān)領(lǐng)域中的含義相一致的 含義，且不應(yīng)以理想化的或過度形式的層面來解釋，除非本文明確地這樣定義。在本文發(fā)明 的說明書中使用的術(shù)語僅用于描述特定的實(shí)施方式的目的，且不意欲作為本發(fā)明的限制。 本文提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考通過引用以其全部并入。在術(shù)語沖突的 情況下，以本說明書為準(zhǔn)。
[0019] 也如本文所使用的，"和/或"是指并包括相關(guān)列舉項(xiàng)中的一個或更多個的任何和 所有可能的組合，以及當(dāng)以二者擇一（"或"）解釋時，組合的缺乏。
[0020] 除非上下文另外指出，否則，明確意欲可以任何組合來使用本文描述的發(fā)明的各 種特征。此外，本發(fā)明還考慮在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可排除或忽略本文陳述的任何特 征或特征的組合。舉例說明，若說明書陳述復(fù)合物包含組分A、B和C，明確意欲可忽略和不要 求保護(hù)A、B或C中任一種，或它們的組合。
[0021] 如本文所使用的過渡短語"基本由……組成"（和語法變體)解釋為包括所述材料 或步驟"和不實(shí)質(zhì)上影響所要求保護(hù)的發(fā)明的基本的和新穎的特性（一種或更多種）的那 些"。參見，關(guān)于Herz, 537 F.2d 549，551-52，190 U.S.P.Q. 461，463 (CCPA 1976) (在原文中強(qiáng)調(diào)）；還參見MPEP § 2111.03。因此，如本文所使用的術(shù)語"基本由……組成"不 應(yīng)解釋為等同于"包含"。
[0022] 當(dāng)指可測量的值諸如，例如，量或濃度等等時，如本文所使用的術(shù)語"大約"意為包 括所規(guī)定量的± 20%、± 10%、± 5%、± 1%、± 0.5%或甚至± 0.1%的變化。本文提供的可 測量值的范圍可包括在其中的任何其它的范圍和/或單個值。
[0023] 術(shù)語"生物質(zhì)"包括任何非化石的即可再生的有機(jī)的物質(zhì)。各種類型的生物質(zhì)可包 括植物生物質(zhì)、動物生物質(zhì)(任何動物副產(chǎn)品(animal by-product)、動物排泄物等)和城市 廢棄物生物質(zhì)(除去可回收物例如金屬和玻璃的住宅和輕的商業(yè)垃圾）。
[0024] 術(shù)語"植物生物質(zhì)"或"木質(zhì)纖維素生物質(zhì)"實(shí)際上包括在可持續(xù)的基礎(chǔ)上，能源可 利用的任何植物衍生的有機(jī)物質(zhì)(木質(zhì)或非木質(zhì)的）。"植物衍生的"必須包括參與種子生產(chǎn) 的性生殖植物部分(如花芽、花、果實(shí)、果核和種子)和植物性部分(如葉子、根、葉芽和莖)二 者。植物生物質(zhì)可包括但不限于農(nóng)業(yè)作物廢棄物和殘?jiān)缬衩捉?、麥秸、稻秸、甘蔗渣?等。植物生物質(zhì)進(jìn)一步包括但不限于，木本能源作物、木材廢棄物和殘?jiān)?，例如樹、軟木森?間苗（softwood forest thinnings)、樹皮廢棄物、鋸肩、紙和紙衆(zhòng)工業(yè)廢料流、木纖維、草 本植物材料釀造廢棄物等等。另外，飼料作物(grass crops)，例如柳枝稷(switchgrass)等 等，具有以大規(guī)模量生產(chǎn)和提供另一植物生物質(zhì)的重要來源的潛力。對于城市地區(qū)，潛在的 植物生物質(zhì)原料包含庭院廢棄物（如剪下的草(grass clippings)、葉子、剪下的樹(tree clippings)、灌木叢等)和蔬菜加工廢棄物。
[0025] 生物質(zhì)包含三種基本的化學(xué)組分/級分，即半纖維素、纖維素和木質(zhì)素。取決于生 物質(zhì)，生物質(zhì)還可包括較少量的蛋白質(zhì)、提出物、果膠和灰分。具體地，半纖維素是包含戊糖 和己糖木質(zhì)、葡糖醛酸木質(zhì)(glucuronoxylon)、阿拉伯糖木質(zhì)(arabinoxylon)、葡甘露聚糖 (glucomannon)和木糖葡聚糖的聚合物(基體多糖）。所述糖被乙酸高度取代，且因其支化結(jié) 構(gòu)，半纖維素是無定形的。半纖維素還易于經(jīng)由水解而分解。對比之下，纖維素是葡萄糖通 過配糖鍵鍵合在一起以形成很長的直鏈的線型聚合物(多糖）。氫鍵合可發(fā)生在纖維素鏈 之間，導(dǎo)致耐分解的剛性晶體結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素是酚類分子的聚合物，并且是疏水性的。它為植 物提供結(jié)構(gòu)完整性，即它是維持植物完整的膠水。
[0026] 在，例如，植物生物質(zhì)例如玉米秸中的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的典型的范圍 是：
"環(huán)境溫度"包括本發(fā)明的方法發(fā)生的環(huán)境的溫度。環(huán)境溫度可包括，但不限于，"室溫" 和在10至40°C(50至104°F)范圍內(nèi)的任何溫度。
[0027] 生物質(zhì)的單獨(dú)組分可包括，但不限于，木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、藥品 (pharmaceuticals)、保健品(nutraceuticals)和由植物的葉子、莖、花、芽、根、塊莖、種子、 堅(jiān)果、果實(shí)等等獲得的其它材料。
[0028] "醇"包括，但不限于甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、異丁醇、丁醇和乙二醇。"短鏈醇"一 般包括&至〇4醇。
[0029] "7K"包括，但不限于，去離子水、泉水、蒸餾水、礦質(zhì)水、自來水和井水，及它們的混 合物。"水溶性的"包括在環(huán)境溫度下可溶解在水或其它溶劑中的組分。"水不溶性的"包括 在環(huán)境溫度下不能溶解在水或其它溶劑中的組分。
[0030] 現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，將描述用于各種生物質(zhì)的分級和提取 的操作。可任選地在環(huán)境溫度下進(jìn)行預(yù)處理步驟90。可使生物質(zhì)經(jīng)受預(yù)浸漬步驟100和/或 分解步驟110。預(yù)浸漬步驟100可包括與具有或不具有添加劑的溶劑接觸，以促進(jìn)單獨(dú)組分 的分離。分解步驟110可包括生物質(zhì)的機(jī)械分解，以提供處于流態(tài)化或可流動狀態(tài)或條件下 的生物質(zhì)。在預(yù)處理步驟90之后，可使生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和高剪切力，以經(jīng)由，例如，在 2014年8月8日提交的共同待審的美國專利申請序列號14/454,833(代理人案號1237-3)和 2014年8月8日提交的共同待審的美國專利申請序列號14/454,952(代理人案號1237-2)中 描述的生物質(zhì)分級裝置和方法進(jìn)行分級120或提取，上述專利申請的公開內(nèi)容通過引用以 其全部并入。此類分級不使生物質(zhì)的一種或更多種單獨(dú)組分變性。此類分級提供了可與經(jīng) 分級或提取的生物質(zhì)分離的級分或提取產(chǎn)物。換句話說，脈沖和剪切力避免改變單獨(dú)組分 的化學(xué)特性，且基本上不導(dǎo)致此類組分的碎裂?？墒菇?jīng)分級或提取的生物質(zhì)經(jīng)受分離，即伴 隨或不伴隨攪拌的過濾或篩選125,接著是壓縮力130,且隨后接著是伴隨或不伴隨攪拌的 另外的過濾和/或分離140。所述級分可用于提供所需的產(chǎn)物流150。在一個實(shí)施方式中，例 如使用白利糖度計(jì)來監(jiān)測經(jīng)分級的生物質(zhì)中的半纖維素和糖的量。若顯著(量)的半纖維素 或糖依然存在，則重復(fù)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力和經(jīng)受壓縮力的步驟。
[0031] 如以上簡要討論的，在最初的預(yù)處理步驟90中，可預(yù)浸漬生物質(zhì)并使之與溶劑接 觸，例如與醇、含水醇(aqueous alcohol)、水或甘油或共溶劑或它們的混合物接觸，以開始 生物質(zhì)的分級或提取。在該預(yù)處理步驟90期間，生物質(zhì)可能膨脹。隨后，例如通過在與溶劑 接觸100之前的剁碎、切割、磨損、摩碎或壓碎，可分解110生物質(zhì)。在特定的實(shí)施方式中，若 生物質(zhì)是，例如，新鮮的植物生物質(zhì)或草本植物材料，則可使材料與醇接觸。若生物質(zhì)是干 燥的植物生物質(zhì)或草本植物材料，則可使其與含水醇溶液接觸?？稍诓煌瑵舛鹊暮贾?實(shí)施該含水醇提取。合適的醇可為短鏈醇，例如，但不限于，甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇 和異丁醇。在特定的實(shí)施方式中，所述醇是乙醇。所述醇可為共溶劑混合物，例如醇和水的 混合物。含水醇溶液可包含0-100% (v/v)的醇。更特別地，含水醇溶液可包含25-95% (v/v) 的醇。在特定的實(shí)施方式中，含水醇溶液為25% (v/v)或更多的醇。在另一特定的實(shí)施方式 中，含水醇可為60% (v/v)的醇。在另一實(shí)施方式中，含水醇溶液可為70% (v/v)的醇。在又 一實(shí)施方式中，含水醇溶液可為86%或更多(v/v)的醇。在其它實(shí)施方式中，用于分級或提取 生物質(zhì)的方法可包括使生物質(zhì)與甘油或含水甘油溶液接觸。在又一實(shí)施方式中，用于提取 生物質(zhì)的方法可包括使生物質(zhì)與水接觸。通常，在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，與所使用的溶 劑/液體接觸的生物質(zhì)/固體的比率可為1:1至1:10的固體比液體。在與溶劑(醇或水)接觸 期間，生物質(zhì)的纖維可能膨脹。
[0032] 關(guān)于分解纖維，通過剁碎、切割、磨損、摩碎或壓碎生物質(zhì)來展開纖維，和由此提供 呈流態(tài)化或可流動形式的纖維。例如，可在機(jī)械高稠度流化機(jī)例如精制機(jī)(refiner)或盤式 碾磨機(jī)(disk mill)中加工生物質(zhì)纖維。示例性的盤式碾磨機(jī)可獲得自Sprout Waldron、 861〇；11：或411(11'；^2。通過利用精制機(jī)或盤式碾磨機(jī)，可改變生物質(zhì)且特別是其纖維質(zhì)材料， 而不破壞纖維質(zhì)材料的纖維質(zhì)性質(zhì)，以使分級裝置的高頻脈沖和剪切力可接近纖維質(zhì)材 料。所述加工可持續(xù)如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的影響該步驟所必需的任何所需的時間量發(fā) 生。在特定的實(shí)施方式中，持續(xù)1分鐘或更短實(shí)施分解方法。
[0033]總的預(yù)處理步驟90可持續(xù)對于分級或提取方法足夠的任何時間段發(fā)生，并可在任 何器皿、容器或適于使生物質(zhì)與溶劑接觸和/或分解纖維的混合器中發(fā)生。在一些實(shí)施方式 中，預(yù)處理步驟可為介于，例如15分鐘、30分鐘或1小時和72小時之間的任何時長。在另一實(shí) 施方式中，預(yù)處理步驟可為15分鐘或更短。預(yù)處理步驟可為1分鐘或更短。在預(yù)處理步驟中， 可使與溶劑接觸的生物質(zhì)任選地經(jīng)受壓縮力，所述壓縮力可促進(jìn)溶劑被吸收進(jìn)入生物質(zhì) 中。預(yù)處理步驟90中的壓縮可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何技術(shù)發(fā)生。在本發(fā)明的 實(shí)施方式中，在預(yù)處理步驟期間的壓縮可受螺旋壓力機(jī)影響。
[0034] 在另一實(shí)施方式中，預(yù)處理可包括添加酸以使生物質(zhì)預(yù)水解，以促進(jìn)半纖維素的 去除。用于酸化預(yù)處理溶液(溶劑）的合適的酸包括無機(jī)酸，例如硝酸、鹽酸和磷酸，和有機(jī) 酸，例如乙酸或甲酸。若需要酸化/水解，則溶液的pH將為約0.5至7.0,且通?？赡芙橛诩s 1 ?0至5 ? 0之間。還可使用螯合劑（sequestering agent)或螯合劑（chelating agent)例如 氨基羧酸或氨基多磷酸。
[0035] 另外，可包括幫助催化脫木質(zhì)素作用的化合物。在一個實(shí)施方式中，可利用蒽醌 (八9)。示例性的蒽醌及其衍生物包括1-甲基蒽醌（11161：115^111：11抑211；[110116)、2-甲基蒽醌、 2-乙基蒽醌、2-甲氧基蒽醌、2,3-二甲基蒽醌（2,3-(1;[11161:11713111:抑911；[110116)和2,7-二甲基 蒽酉昆（2,7_ dimethylantraquinone)。
[0036]在另一實(shí)施方式中，可包括堿性緩沖劑例如堿金屬氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽或 硼，以促進(jìn)半纖維素和木質(zhì)素單獨(dú)組分的分離。合適的氫氧化物包括氫氧化鈉、碳酸鈉和四 硼酸鈉?？墒褂脷溲趸锏幕旌衔锘蚬不煳铩Ｈ籼砑訅A金屬氫氧化物，則pH可介于約7.0至 13.0之間，并通?？山橛诩s8.0至11.0之間。
[0037]可在環(huán)境溫度下、升高的溫度(30°C至90°C)下或使用水蒸氣/蒸汽(大于100°C)進(jìn) 行預(yù)處理步驟90。意識到蒸汽可為溶劑的蒸汽。
[0038]總的來說，期望是提供以下形式的纖維：其中使用分級裝置的高剪切力和脈沖可 容易地使纖維的組分分級。預(yù)處理步驟90的條件例如溶劑選取、溫度、壓力、時間、添加劑等 等的選擇將取決于生物質(zhì)和待分級和離析的那種生物質(zhì)的組分，并將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的 技術(shù)范圍之內(nèi)，而無需過多的實(shí)驗(yàn)。
[0039]接著分解110之后，可使呈流體或可流動形式的生物質(zhì)經(jīng)受分級120,以使用剪切 力和脈沖來分級或提取生物質(zhì)。將意識到，在特定的實(shí)施方式中，在生物質(zhì)的組分未變性或 改變、并維持單獨(dú)組分的化學(xué)性質(zhì)的情況下使用剪切力和脈沖，其中可從生物質(zhì)中分離出 一部分級分或提取物。使生物質(zhì)經(jīng)受剪切力和高頻脈沖可持續(xù)如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到 的影響該步驟所必需的任何所需的時間量發(fā)生。在特定的實(shí)施方式中，該步驟可持續(xù)1分鐘 或更短發(fā)生。在操作中，在大于1000脈沖每秒的能量下，流態(tài)化的生物質(zhì)從約4 mph快速加 速至約120 mph，同時避免生物質(zhì)顆粒的摩碎。這促進(jìn)了生物質(zhì)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)從生物質(zhì)的復(fù)雜 而纏結(jié)的結(jié)構(gòu)中釋放其各種級分或成分的能力，而沒有使組分的化學(xué)性質(zhì)和特性變性。
[0040] 隨后可使經(jīng)分級的生物質(zhì)材料任選地在另外的溶劑存在下經(jīng)受壓縮力130如，壓 碎力或浸軟力(macerating force)，其中所述壓縮力除去液態(tài)級分用于收集，同時排出主 要是纖維素的低液體(含量)的固體餅?？筛鶕?jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的任何技術(shù)施加壓縮 力。在特定的實(shí)施方式中，壓縮力受到螺旋壓力機(jī)的螺桿的影響，所述螺旋壓力機(jī)浸軟經(jīng)分 級的生物質(zhì)。
[0041] 經(jīng)受分級120和經(jīng)受分級的步驟可持續(xù)直至生物質(zhì)級分基本上不含半纖維素和 糖。這可采取各種各樣的手段(matters)來監(jiān)測或測量，包括使用白利糖度計(jì)來測量糖含 量、使用差示掃描量熱計(jì)(DSC)來測量熔融溫度和使用差示熱分析(DTA)來測量熔融曲線下 的面積。
[0042]可如圖2中所概述地進(jìn)一步處理根據(jù)本發(fā)明提供的級分和提取物?？墒菇?jīng)篩選的 液體(如液態(tài)級分)與另外的生物質(zhì)接觸，所述生物質(zhì)經(jīng)分解210、分級220、篩選240、經(jīng)受壓 縮力230和將主要是纖維素的固態(tài)的分級生物質(zhì)與液態(tài)的分級產(chǎn)物流分離250。纖維素含量 高的分級生物質(zhì)可用以制造紙漿和紙。
[0043] 一旦經(jīng)分級的生物質(zhì)基本上不含半纖維素和糖，則使生物質(zhì)經(jīng)受在7以上的pH下 的氧化。在一個實(shí)施方式中，氧化通過使經(jīng)分級的生物質(zhì)與〇. 1%至1.5%過氧化氫接觸來發(fā) 生。例如，關(guān)于木質(zhì)素分離、離析和純化，過氧化氫允許木質(zhì)素醚鍵斷裂。具體地，木質(zhì)素中 的酚基被離子化，且所得的自由基主要是苯氧自由基類型。隨后通過超氧陰離子的歧化作 用形成過氧化氫。超氧陰離子本身不是非常具有反應(yīng)性，但是過氧化氫的分解產(chǎn)物包括非 常具有反應(yīng)性的氫氧自由基。氫氧自由基不僅與木質(zhì)素結(jié)構(gòu)反應(yīng)，而且容易攻擊多糖，伴隨 隨后的配糖鍵斷裂和剝皮反應(yīng)（peel ing reactions )的新位點(diǎn)的產(chǎn)生。一旦氫過氧 (perhydoxyl)自由基與木質(zhì)素(或蛋白質(zhì)或水不溶性提出物)結(jié)合，這些生物質(zhì)的單獨(dú)組分 變得極性和水溶性更強(qiáng)。其它氧化劑包括堿金屬過氧化物，例如有機(jī)和無機(jī)過氧化物，包括 過氧化鈉、過氧化鈣和過氧化鎂。此外，可通過在預(yù)處理步驟中包括蒽醌或其衍生物或其它 催化劑來促進(jìn)該反應(yīng)。
[0044] 分離之后，可進(jìn)一步分離、離析和/或純化現(xiàn)在水溶性的單獨(dú)組分。在一個實(shí)施方 式中，使用離心法來提供淫析液（decant)。隨后，可使用例如可獲得自Mi 11 ipore， Billerica, Massachusetts的超濾膜或滲濾膜。可使用第一膜從液態(tài)級分中除去任何剩余 的半纖維素。在一個實(shí)施方式中，第一膜是10K道爾頓篩網(wǎng)。截留物質(zhì)將包含半纖維素，且 滲透物將主要包含木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和提出物，以及小量的半纖維素、糖和纖維碎片。第二膜 將取決于膜將木質(zhì)素、蛋白質(zhì)或提出物作為截留物質(zhì)離析，并將任何剩余的半纖維素、糖、 碎片、污染物(如重金屬)作為滲透物離析。在一個實(shí)施方式中，第二膜是8K道爾頓篩網(wǎng)?？?使用另一3K道爾頓篩網(wǎng)來進(jìn)一步離析所需的組分。
[0045] 在特定的實(shí)施方式中，可將通過本發(fā)明的分級和/或提取方法提供的纖維素和/或 纖維素紙漿用在或應(yīng)用在紙和紙制品的制備中。紙制品的實(shí)例包括，但不限于:紙、紙板和 卡片材料(card stock)。由通過本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿制備的紙制品的用 途不受特別限制。取決于其預(yù)期用途，可生產(chǎn)具有各種各樣性質(zhì)的紙制品，所述用途涵蓋， 例如:代表價(jià)值，例如在紙幣、鈔票(bank notes)、支票、債券、收據(jù)和票證中；用于儲存信 息，例如在書本和筆記本、剪貼簿、雜志、報(bào)紙、藝術(shù)作品、信中；用于私人用途，例如自己的 日記、筆記等和便箋中；用于交流，例如在個人和/或群體之間的交流中；用于包裝和容器， 例如在紙板、牛皮紙板、箱紙板、掛面紙板、飲料和/或食品容器、液體容器、瓦楞箱、紙袋、信 封、薄包裝紙、紙莎草紙(Charta emporetica)和墻紙中；用于清潔，例如在廁紙、手帕紙、紙 巾、面巾紙和貓砂中；用于建造，例如在紙工藝品、折紙手工、紙飛機(jī)、衍紙、紙蜂窩、用作復(fù) 合材料中的芯材料、紙藝工程(paper engineering)、彩色美術(shù)紙和紙衣服中；和其它用途， 例如在金剛砂紙、砂紙、吸墨紙、石蕊試紙、通用指示劑紙、紙色譜法、電絕緣用紙(還參見電 介質(zhì)和電容率)和濾紙。
[0046] 通過本發(fā)明提供纖維素和/或纖維素紙漿用在紙和紙制品的生產(chǎn)中的方法不受特 別限制，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何方法可用在使用通過本發(fā)明提供的纖維素和/ 或纖維素紙漿的紙和紙制品的生產(chǎn)中。例如，可將根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素紙漿進(jìn)料至造 紙機(jī)中，在其中使它形成為紙幅，并通過按壓和干燥從其除去水。也可將通過本發(fā)明提供的 纖維素紙漿進(jìn)行漂白，以使紙漿更白。用在紙漿的漂白中的典型的化學(xué)品和方法包括:氯、 次氯酸鈉、使用氫氧化鈉提取、氧、堿性過氧化氫、臭氧、螯合以除去金屬、酶處理、過氧酸和 連二亞硫酸鈉。典型的螯合劑包括，但不限于，EDTA和DTPA。雖然不特別受限于通過本發(fā)明 提供的纖維素和/或纖維素紙漿的漂白的方法，但是無元素氯(ECF)和/或全無氯(TCF)漂白 法提供更加環(huán)境友好的漂白方法。TCF漂白，例如，防止有毒化學(xué)品例如二噁英的形成。用于 紙漿漂白的TCF順序的實(shí)例是其中紙漿將經(jīng)氧、隨后臭氧處理、經(jīng)氫氧化鈉洗滌，隨后按順 序經(jīng)堿性過氧化物和連二亞硫酸鈉處理。
[0047] 在其它實(shí)施方式中，可將根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿用在或應(yīng)用 在紙張涂層的制備和/或制造中。已使用纖維素和纖維素衍生物對紙進(jìn)行涂布，以增強(qiáng)物理 特性，例如，但不限于，外觀，如光澤度和表面光潔度(finish)、強(qiáng)度、剛度和耐水性。由根據(jù) 本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿制備紙張涂層所采取的方式不受限制，且所使用的 方法可為本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何方法。
[0048] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在纖維的制 備中。纖維的實(shí)例包括，但不限于再生的纖維素纖維，例如玻璃紙和人造絲。
[0049] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在消耗品中。 消耗品的類型不受特別限制，且應(yīng)用可包括，但不限于:用作藥物片劑中的惰性填料的微晶 纖維素或粉末纖維素;增稠劑和/或穩(wěn)定劑。粉末纖維素也可用于改善加工食品或食物的特 性，例如，用以防止加工食品或食物在容器內(nèi)的結(jié)塊和/或聚集。
[0050] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在科學(xué)應(yīng)用 中。纖維素通常在實(shí)驗(yàn)室中用作色譜法，特別是薄層色譜法的固定相。液體和凝膠過濾通常 使用由纖維素制備的產(chǎn)品，或者單獨(dú)使用，或者與其它過濾介質(zhì)，例如硅藻土組合使用。
[0051] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在建造和建 筑材料中。由回收紙制成的纖維素絕緣材料作為用于建筑絕緣材料的環(huán)境優(yōu)選的材料正變 得流行。其可使用作為阻燃劑的硼酸處理。此外，纖維素在水中的氫鍵合可產(chǎn)生可噴涂的、 可模壓的材料，作為塑料和樹脂用途的替代物?？苫厥盏牟牧峡杀恢瞥赡退?或耐火或阻 燃的，并可為用作建筑材料提供足夠的強(qiáng)度。
[0052] 在另一實(shí)施方式中，可使用纖維素酶處理纖維素，以使結(jié)晶纖維素水解成葡萄糖， 接著使用酵母或合適的微生物使葡萄糖發(fā)酵，以提供生物燃料和/或生物原料。認(rèn)識到可將 之前從分級生物質(zhì)中分離的半纖維素和/或糖添加回去，以與纖維素共發(fā)酵。
[0053] 在另一特定的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的分級或提取提供半纖維素和糖。通過根 據(jù)本發(fā)明的方法提供的糖和/或半纖維素可進(jìn)一步用在生物燃料例如，但不限于乙醇的制 備中，或用在聚合物/塑料的制備中。一個這樣的實(shí)施方式是所提供的級分的發(fā)酵以生產(chǎn)乙 醇。在另一實(shí)施方式中，聚合物是聚乳酸(PLA)。在另一實(shí)施方式中，木質(zhì)素可經(jīng)進(jìn)一步分離 和乳化，用于進(jìn)一步的加工。因?yàn)槟举|(zhì)素未經(jīng)受高溫，所以其官能基團(tuán)未進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，且 分離的木質(zhì)素的反應(yīng)性可更高。
[0054] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所離析和使用的級分或提取物是木質(zhì)素。通過本發(fā) 明提供的木質(zhì)素的應(yīng)用和用途的實(shí)例包括，但不限于，例如:水泥和混凝土;動物飼料丸粒； 動物飼料糖蜜添加劑(animal feed molasses additives);筑路粘合劑/粉塵控制；農(nóng)藥； 油井鉆井泥漿;膠粘劑;樹脂和粘合劑;墻板;分散劑;乳化劑和潤濕劑;粘結(jié)劑;螯合劑;皮 革處理;抗菌活性;鉛酸蓄電池;油回收;水處理;工業(yè)清潔劑;乳液穩(wěn)定劑;炭黑；油墨和偶 氮顏料;染料;微量營養(yǎng)素;肥料;耐火材料和瓷磚添加劑;礦石加工和貓砂。在本發(fā)明的另 一實(shí)施方式中，所使用的級分或提取物為紙漿、纖維素和/或纖維素紙漿。應(yīng)用和用途的實(shí) 例及通過本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿的應(yīng)用包括，但不限于，例如:紙和紙制品； 紙張涂層;纖維;消耗品;科學(xué)(science);生物燃料;建筑材料;絕緣材料添加劑和粘合劑。
[0055] 在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的木質(zhì)素可包含木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物的衍 生物，例如，木質(zhì)素磺酸鹽或木質(zhì)素胺。在又一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素用作 粘合劑。木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物可用作膠粘劑、在丸?；驂嚎s材料中起粘合劑的作用。木質(zhì) 素或木質(zhì)素衍生物可用在粉塵控制中，例如，用在未鋪砌的道路上，以減少來自氣載塵粒的 環(huán)境問題并穩(wěn)定道路表面。木質(zhì)素充當(dāng)粘合劑的能力使得木質(zhì)素作為以下中的組分有用， 例如:可生物降解的塑料;型煤;膠合板和刨花板;陶瓷制品；動物飼料丸粒;炭黑;玻璃纖維 絕緣材料;肥料和除草劑;油毯膏（linoleum paste);抑塵劑和土壤穩(wěn)定劑。
[0056] 在其它實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素用作分散劑。木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生 物可防止懸浮液中的未溶解的顆粒的聚集和沉降。木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物可防止懸浮液中 的顆粒被其它顆粒吸引，并可減少在懸浮液中使用包含所述顆粒的產(chǎn)品所需的水量。木質(zhì) 素或木質(zhì)素衍生物充當(dāng)分散劑的能力使得木質(zhì)素作為以下中的組分有用，例如：水泥混合 料;皮革鞣制；粘土和陶瓷制品；混凝土外加劑;染料和顏料；油鉆井泥漿以及農(nóng)藥和殺蟲 劑。
[0057] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的木質(zhì)素用作乳化劑。木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生 物可穩(wěn)定不混溶的液體例如，油和水的乳液，使得它們高度耐分離。木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽 和木質(zhì)素胺充當(dāng)乳化劑的能力使得木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生物成為以下中的有用的組分，例 如:瀝青乳液;農(nóng)藥;顏料和染料;和蠟乳液。
[0058] 在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的木質(zhì)素用作螯合劑。木質(zhì)素或木質(zhì)素衍生 物可與金屬離子相互作用，防止它們與其它化合物反應(yīng)并變得不可溶。與木質(zhì)素或木質(zhì)素 衍生物螯合的金屬離子在溶液中保持溶解，使得它們可被植物利用，并防止水系統(tǒng)中的鱗 狀沉積。木質(zhì)素和木質(zhì)素衍生物充當(dāng)螯合劑的能力使得木質(zhì)素成為以下中的有用的組分， 例如:微量營養(yǎng)素系統(tǒng);清潔劑以及用于鍋爐和冷卻系統(tǒng)的水處理。
[0059]在特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可用在混凝土中。木質(zhì)素或木質(zhì) 素衍生物可有助于，例如:高性能混凝土強(qiáng)度;混凝土研磨;降低由水分和酸雨引起的損害； 和延緩水泥組合物凝固。具體地，木質(zhì)素磺酸鹽可為水泥顆粒貢獻(xiàn)更高的吸附性能和zeta 電位，并為水泥基質(zhì)提供更好的分散特性。木質(zhì)素還可改善水泥膏的壓縮強(qiáng)度。
[0060] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可用作抗氧化劑。木質(zhì)素可充當(dāng)自 由基清除劑，并為，例如，苯乙稀聚合物、丁二稀聚合物、橡膠聚合物、橡膠、聚丙稀和聚己內(nèi) 酰胺提供熱保護(hù)。木質(zhì)素的天然的抗氧化性質(zhì)使得其在化妝品和局部制劑中有用，且木質(zhì) 素磺酸鹽已用在化妝品組合物中，所述化妝品組合物例如用于裝飾用途和/或皮膚上的修 正的化妝品。
[0061] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可用在瀝青中。用途的實(shí)例包括用 于瀝青的裂縫填充組合物、增強(qiáng)瀝青的水穩(wěn)定性、用于瀝青的乳化劑和降低瀝青生產(chǎn)成本 的流動性改性劑。
[0062] 在另一特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用于和/或用在碳或石 墨纖維、碳纖維增強(qiáng)的聚合物和碳納米管中，或與碳或石墨纖維、碳纖維增強(qiáng)的聚合物和碳 納米管一起使用。
[0063] 在另一特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可作為粘合劑組合物的一部 分應(yīng)用或用在纖維板、刨花板、木纖維絕緣板、草板紙、定向刨花板等等的生產(chǎn)中。例如，可 將木質(zhì)素添加到樹脂中，以提供粘合劑合理的濕強(qiáng)度。基于木質(zhì)素的改性劑，其中木質(zhì)素或 木質(zhì)素磺酸鹽可被添加到基于甲醛的粘合劑系統(tǒng)中，所述粘合劑系統(tǒng)例如，酚醛、脲醛、三 聚氰胺甲醛、間苯二酚甲醛和/或鞣酸甲醛樹脂。所得的板粘合劑可隨后用于人造板(panel boards )，例如，在膠合板、硬紙板、纖維板或刨花板中。
[0064] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用在泡沫、塑料和/或聚合 物中。例如，包含木質(zhì)素的聚氨酯可具有改善的耐火性和/或阻燃性。環(huán)氧樹脂可包含固化 劑，所述固化劑包含木質(zhì)素和/或木質(zhì)素衍生物，例如木質(zhì)素衍生的乙酸酐。木質(zhì)素，例如不 含S的木質(zhì)素，可用在環(huán)氧樹脂中，用于制造印刷電路板，或用在產(chǎn)品中，例如用在汽車制動 器中?？蓪⒛举|(zhì)素添加到聚合物中，例如添加到基于聚苯醚的聚合物中，以增強(qiáng)聚合物的彈 性模量、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率值。當(dāng)以固體或熔融形式混合時，木質(zhì)素也可充當(dāng)水吸收抑 制劑和/或作為流化劑，以促進(jìn)聚合物(例如聚酰胺)諸如通過注塑、吹塑、擠出或擠出吹塑 的加工，來制造制品。木質(zhì)素，例如，堿性木質(zhì)素聚碳酸1，2_丙二酯也可用于改善聚合物的 熱穩(wěn)定性和機(jī)械性質(zhì)。
[0065] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用在粉塵控制中。例如，在 水中的木質(zhì)素和甘油可應(yīng)用至粉塵成問題的區(qū)域，諸如，例如，用在煤礦、煤運(yùn)輸、鐵路、公 路、畜牧圍場(stock yards)等等中。木質(zhì)素，例如，尤其是木質(zhì)素磺酸鈣粉末，已顯示穩(wěn)定 核事故之后的污染。也可通過噴涂包含瀝青、木質(zhì)素磺酸鹽和水的乳液來控制道路表面上 的粉塵移動。
[0066] 在另一特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可作為施膠劑應(yīng)用和用在紙 中，以增強(qiáng)紙抗拉強(qiáng)度和/或作為包裝層壓材料(packaging laminate)。
[0067] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用于通過木質(zhì)素的解聚來 提供化學(xué)品。木質(zhì)素的解聚可提供，例如苯酚類、甲酚類、兒茶酚類、間苯二酚類、喹啉類、香 草醛、愈創(chuàng)木酚類等等。
[0068] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用在電池中，以增強(qiáng)能量 儲存裝置的性能。例如，在包含一薄層木質(zhì)素的電池中的石墨粉末可用于防止石墨粉末降 低H超電壓，而不影響石墨粉末的狀態(tài)。木質(zhì)素也可用于保護(hù)電池的負(fù)極板免于在其上形成 鈍化的硫酸鉛層。
[0069] 在另一特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用作燃料添加劑， 或可通過熱解、熱裂解、加氫裂化、催化裂化或加氫處理的組合催化轉(zhuǎn)化為汽油/柴油。木質(zhì) 素可進(jìn)一步用在催化熱液氣化(catalytic hydrothermal gasification)中，以提供燃料 氣。木質(zhì)素還可用于木質(zhì)丸粒(wood pellets)，以生產(chǎn)具有更高的燃燒值的質(zhì)量更好的丸 粒，或用在人造燃燒木料(artificial fire logs)中，以提供改善的火焰性質(zhì)。
[0070] 在另一實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用作添加劑，以改善潤滑 劑的特性。例如，木質(zhì)素磺酸鹽可用作潤滑脂的增稠劑。潤滑脂(greases)可包含木質(zhì)素組 合物，以提供潤滑脂的改善的防腐蝕性質(zhì)。另外，包含木質(zhì)素，例如，水解木質(zhì)素的潤滑脂可 為使用其的裝置提供更大的耐磨性。包含木質(zhì)素，例如木質(zhì)素磺酸鹽的潤滑脂可改善潤滑 脂的抗摩性能，并提供潤滑脂更長的潤滑壽命。
[0071] 在另一特定的實(shí)施方式中，通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素可應(yīng)用和用在膠乳和/或橡 膠的生產(chǎn)中。例如，木質(zhì)素可被添加到膠乳和/或橡膠中，并為其起到填料、顏料、改性劑、增 量劑或增強(qiáng)劑(reinforcement)的作用。添加到膠乳中的木質(zhì)素可增加橡膠膠乳膜的耐油 性和/或抗拉強(qiáng)度。與沒有添加木質(zhì)素的橡膠相比較，用木質(zhì)素增強(qiáng)的橡膠可表現(xiàn)出改善的 耐臭氧性。將通過本發(fā)明提供的木質(zhì)素結(jié)合在膠乳和/或橡膠中的方法不受特別限制，并可 通過本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何方式來進(jìn)行。
[0072] 在另一實(shí)施方式中，離析的蛋白質(zhì)可經(jīng)進(jìn)一步離析并水解成單一氨基酸、肽和/或 多肽。離析的蛋白質(zhì)可用作人和動物的食品補(bǔ)充劑?？墒褂脛P氏定氮法來測量蛋白質(zhì)含量。
[0073] 提供以下實(shí)施例來說明本發(fā)明，且不應(yīng)解釋為它的限制。 實(shí)施例
[0074] 實(shí)施例1 麥草 將l〇Kg的干燥的麥草(麥桿)剁成3《至2英寸的柄長。用干凈的冷水簡要地沖洗麥桿，以 除去沙子和塵土。隨后使麥秸經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射進(jìn)入盤式碾磨機(jī)中，以機(jī)械 分解纖維素結(jié)構(gòu)。隨后使流態(tài)化的麥草經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈 沖，而沒有使麥秸的組分變性。使組合的混合物經(jīng)受壓縮力，以將料流分離成液體和20-60% 纖維素固態(tài)級分。保留含有半纖維素的液態(tài)級分。
[0075]使用NaOH對固態(tài)級分進(jìn)行預(yù)處理，該NaOH足以使纖維素水漿的pH從約4-7提高至 10-12。允許該堿性混合物陳化數(shù)秒至1小時，并再次通過起始于盤式碾磨機(jī)的系統(tǒng)來處理， 所述混合物在碾磨機(jī)中經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射，以機(jī)械分解纖維素結(jié)構(gòu)。隨后使 流態(tài)化的麥草經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈沖，而沒有使麥秸的組分 變性。使組合的混合物經(jīng)受壓縮力，以將料流分離成液體和20-60%纖維素固態(tài)級分。將含有 半纖維素的液態(tài)級分添加到第一和第二級分中，并使其經(jīng)歷進(jìn)一步的加工。
[0076]使用氧化劑過氧化氫處理固態(tài)級分，該過氧化氫足以使纖維素水衆(zhòng)的pH從約10-12降至8-10。允許該堿性混合物陳化數(shù)秒至1小時，并再次通過起始于盤式碾磨機(jī)的系統(tǒng)來 處理，所述混合物在碾磨機(jī)中經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射，以機(jī)械分解纖維素結(jié)構(gòu)。隨 后使流態(tài)化的麥草再次經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈沖，而沒有使麥 秸的組分變性。對組合的混合物進(jìn)行篩選，并使其經(jīng)受壓縮力，以將料流分離成液體和20-60%纖維素固態(tài)級分。保留含有木質(zhì)素的液態(tài)級分。隨后再次處理固態(tài)級分以提高pH，并將 含有半纖維素的液態(tài)級分添加到第一和第二級分中，并使其經(jīng)歷進(jìn)一步的加工。隨后使用 氧化劑處理固態(tài)級分，并再次運(yùn)行通過分級單元。將含有木質(zhì)素的液態(tài)級分添加到第一液 態(tài)木質(zhì)素級分中，并使用膜來進(jìn)一步分離。
[0077]雖然用于說明的目的已公開了本發(fā)明經(jīng)選擇的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的那些技術(shù) 人員將意識到各種修改、添加和替換是可能的，而沒有偏離如在所附權(quán)利要求書中所公開 的本發(fā)明的范圍和精神。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于提供呈水溶性形式的生物質(zhì)的水不溶性組分和基本上無半纖維素、糖和所述水 不溶性組分的生物質(zhì)的方法，所述方法包括： a) 使用第一堿性溶液對所述生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理； b) 使經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而沒有使所述生物質(zhì)的單獨(dú)組分變 性； c) 使所述生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級分和第一分級生物質(zhì)分離； d) 使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受與步驟b)相同的高頻脈沖和剪切力； e) 使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第二液態(tài)級分和第二分級生物質(zhì)分離，其 中所述第二分級生物質(zhì)基本上無半纖維素和糖； f) 使所述基本上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受在7以上的pH下的氧化;和 g) 使所述第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將呈水溶性形式的生物質(zhì)的一種或更多種 水不溶性組分和基本上無半纖維素、糖和所述生物質(zhì)的所述水不溶性組分的第二分級生物 質(zhì)分離。2. 權(quán)利要求1所述的方法，在步驟e)之后進(jìn)一步包括使所述基本上無半纖維素和糖的 第二分級生物質(zhì)與第二堿性溶液接觸，并使所述第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以從所述基 本上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)中分離出呈水溶性形式的生物質(zhì)的至少一種第一 水不溶性組分。3. 權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一和第二堿性溶液包含氫氧化鈉。4. 權(quán)利要求1所述的方法，其中在環(huán)境溫度至約60° C下進(jìn)行所述步驟。5. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述基本上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受 氧化的步驟f)包括使所述基本上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)與過氧化氫溶液接觸。6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中通過與膜接觸來純化呈水溶性形式的生物質(zhì)的所述水 不溶性組分。7. 呈水溶性形式的生物質(zhì)的水不溶性組分，其通過權(quán)利要求1所述的方法來提供。8. 用于提供呈水溶性形式的生物質(zhì)的水不溶性組分和基本上無半纖維素、糖和所述水 不溶性組分的生物質(zhì)的方法，所述方法包括： a) 使用第一堿性溶液對所述生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理； b) 使經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而沒有使所述生物質(zhì)的單獨(dú)組分變 性； c) 使所述生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級分和第一分級生物質(zhì)分離； d) 監(jiān)測在所述第一分級生物質(zhì)中的半纖維素的量，以測定第一分級生物質(zhì)是否基本 上無半纖維素和糖； e) 若不是無半纖維素和糖，則使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受與步驟b)相同的高頻脈沖 和剪切力； f) 使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第二液態(tài)級分與第二分級生物質(zhì)分離，其 中所述第二分級生物質(zhì)基本上無半纖維素和糖； g) 使所述基本上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受在7以上的pH下的氧化； h) 使所述第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將呈水溶性形式的生物質(zhì)的一種或更多種 水不溶性組分和基本上無半纖維素、糖和所述生物質(zhì)的所述水不溶性組分的第二分級生物 質(zhì)分離。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙二醇。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑是選自短鏈醇、甘油和水中的任何一種， 或它們的任何組合的共溶劑混合物。11. 選自木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和提出物的呈水溶性形式的生物質(zhì)的水不溶性組分，其中選自 木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和提出物的水溶性形式在約5至12的pH下在環(huán)境溫度下可溶于水。
【文檔編號】C08H7/00GK105849157SQ201480056139
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年8月11日
【發(fā)明人】M·米切爾
【申請人】綠色萃取技術(shù)有限公司