将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法、容器及用途技术

本发明专利技术公开了将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，包括：利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下将生物质材料电解一定时间，使其一步转化为可溶性物质，其中，复极性三维电极系统包括阳极、阴极、粒子电极和电解液，在电解过程中，粒子电极和生物质材料悬浮在电解液中。本发明专利技术还公开了将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器，包括：罐体，其内容纳有电解液，侧壁上设置有一开口，开口处设置有透过膜，且还连通有排出管；一对电极板，其至少一部分浸泡在电解液中，之间间隔一段距离，与电源的正负极分别各自连接；粒子电极，呈颗粒状，悬浮在电解液中。本发明专利技术还公开了任一方法所制得的可溶性物质的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，同时涉及一种，将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器，还涉及将生物质材料转化的可溶性物质的用途。
技术介绍
生物质材料是地球上最丰富，最廉价的可再生资源。利用资源丰富的生物质原料，如农业废弃物(麦秸，甘蔗渣，玉米秸秆)、林业废弃物(木屑，枝丫材等)以及海洋藻类(绿藻，褐藻，红藻)等，生产燃料乙醇和化学品已经成为了国内外的研究热点。利用生物质转化为化学品可以满足人类社会日益增长的能源需求，降低对日益匮乏的化石燃料的依赖，同时可以达到降低污染、保护环境的目的。但是由于天然生物质材料具有致密的结构，组成成分多样性和化学结构的复杂性等特点，使得天然生物质材料对酶水解具有抗性。实现生物质材料到高附加值产品的转化过程较复杂，往往需要预处理过程破坏生物质抗降解屏障，需要酶解糖化过程产生糖类物质，需要生物体利用糖类物质生产高附加值产品。整个流程用时往往需要至少一周时间以上，成本过高，不适用于工业化应用。所以亟待发现一种快速将生物质转化为高附加值产品的方法。木质素是由苯丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键链接而成的具有三维空间结构的高分子聚合物，其含量非常丰富，在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用，其含量可占木材的50％,在植物细胞壁中仅次于纤维素。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿t的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿t纤维素，同时得到5000万t左右的木质素副产品。但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。随着资源危机和人类对环境保护意识的日益增强，如何有效地综合利用木质素这一天然可再生的废弃资源已被许多国家提到战略高度考虑。研究开发木质素及木质素类化合物成为有用工业产品，如：橡胶的偶联剂、补强剂，染料的分散剂，钻井泥浆的降粘剂，工业废气的脱硫剂等等，但是木质素转化流程相对复杂，成本较高。亟待有一种条件温和、环境友好、能源节约木质素高效转化方法的出现，从而可以实现木质素低成本、高效利用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。在自然界中，以木材为食的白蚁和白腐菌体内都存在巧妙快速利用生物质的方法，本专利技术的申请人的研究工作发现生物体之所以可以快速利用生物质是由于其体内产生自由基，利用自由基氧化破坏生物质的结晶区，同时改性木质素，大大降低了生物质的抗降解屏障，有利用体内酶解过程。基于此发现，所以有本专利技术的产生。本专利技术还有一个目的是提供一种利用自由基将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，本专利技术反应条件温和，不用额外添加酶蛋白和酸碱试剂，在中性pH通电条件下，实现了生物质-有机酸的高效率转化。本专利技术再有一个目的是提供一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器。本专利技术又有一个目的是提供生物质材料转化的可溶性物质的用途。为此，本专利技术提供的技术方案为：一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，包括：利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下将生物质材料电解一定时间，使其一步转化为可溶性物质，其中，所述复极性三维电极系统包括阳极、阴极、粒子电极和电解液，在电解过程中，所述粒子电极和所述生物质材料悬浮在所述电解液中。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述恒定电流为0.1～0.9A。更优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，其特征在于，所述恒定电流为0.3～0.7A。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下电解10～190min，以将生物质材料一步转化为有机酸。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述电解液中含有质量体积浓度为20mM～2M的NaCl或KCl。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述粒子电极采用活性炭微颗粒，所述活性炭微颗粒与所述电解液的质量体积比为1％～9％。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述活性炭微颗粒的直径为3～5mm。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述生物质材料为木质素或玉米秸秆。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述生物质材料与所述电解液的质量体积比为2％～20％。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法中，所述阳极和所述阴极均采用石墨电极板。一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器，包括：一罐体，其内容纳有电解液，所述罐体的侧壁上设置有一开口，所述开口处设置有透过膜，且所述开口处还连通有一排出管；一对电极板，所述一对电极板的至少一部分浸泡在所述电解液中，所述一对电极板之间间隔一段距离，且所述一对电极板与电源的正负极分别各自连接以在通电状态下分别形成阳极和阴极；以及，粒子电极，其呈颗粒状，且悬浮在所述电解液中。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器中，所述一对电极板的上部与所述罐体的上部齐平。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器中，所述电解液中含有质量体积浓度为20mM～2M的NaCl或KCl。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器中，所述粒子电极采用活性炭微颗粒，所述与所述电解液的质量体积比为1％～6％。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器中，所述一对电极板均采用石墨电极板。优选的是，所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器，还包括：空气分布器，所述空气分布器设置在所述罐体的底部，并与一进气管连通，以通入空气使所述粒子电极悬浮在所述电解液中。任一项方法所制得的可溶性物质的用途。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术反应条件温和，不用额外添加酶蛋白和酸碱试剂，在中性pH通电条件下，实现了生物质-有机酸的高效率转化。本专利技术也实现了木质素到可溶性有机酸的一步转化，无需添加其他化学试剂，无需高温处理。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术其中一个实施例中将生物质转化为有机酸的气相检测图。图2为本专利技术其中一个实施例中将生物质转化为有机酸的气相检测图。图3为本专利技术其中一个实施例中将生物质转化为有机酸的气相检测图。图4为本专利技术其中一个实施例中将生物质材料一步转化为可溶性物质的容器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。本专利技术提供一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，包括：利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下将生物质材料电解一定时间，使其一步转化为可溶性物质，其中，所述复极性三维电极系统包括阳极、阴极、粒子电极和电解液，在电解过程中，所述粒子电极和所述生物质材料悬浮在所述电解液中。所谓复极性三维电极即在传统二维电解槽电极间装填粒状物质并使之表面带电，成为新的一极即第三极，此时该粒状物质称为粒状电极。通过在阳极板和阴极板施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，包括：利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下将生物质材料电解一定时间，使其一步转化为可溶性物质，其中，所述复极性三维电极系统包括阳极、阴极、粒子电极和电解液，在电解过程中，所述粒子电极和所述生物质材料悬浮在所述电解液中。

【技术特征摘要】
1.一种将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，包括：利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下将生物质材料电解一定时间，使其一步转化为可溶性物质，其中，所述复极性三维电极系统包括阳极、阴极、粒子电极和电解液，在电解过程中，所述粒子电极和所述生物质材料悬浮在所述电解液中。2.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述恒定电流为0.1～0.9A。3.如权利要求3所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述恒定电流为0.3～0.7A。4.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，利用复极性三维电极系统在恒定电流条件下电解10～190min，以将生物质材料一步转化为有机酸。5.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述电解液中含有质量体积浓度为20mM～2M的NaCl或KCl。6.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述粒子电极采用活性炭微颗粒，所述活性炭微颗粒与所述电解液的质量体积比为1％～9％。7.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述活性炭微颗粒的直径为3～5mm。8.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，所述生物质材料为木质素或玉米秸秆。9.如权利要求1所述的将生物质材料一步转化为可溶性物质的方法，其特征在于，，所述生物质材料与所述电解液的质量体积比为2％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：高乐，张东远，陈树林，
申请(专利权)人：中国科学院天津工业生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12