三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法技术

本发明专利技术涉及一种三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法，将适量粘质沙雷氏菌胞外酶液和稀双氧水溶液喷淋在经SO

Method for treating lignocellulose biomass by combining three oxidation heat explosion with enzyme catalyzed oxidation of hydrogen peroxide

The invention relates to a thermal explosion and three sulfur dioxide pretreatment enzyme catalyzed hydrogen peroxide oxidation method of lignocellulosic biomass, the amount of Serratia marcescens extracellular fluid and dilute hydrogen peroxide solution spray by SO

【技术实现步骤摘要】
三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法
本专利技术涉及木质纤维素类生物质处理领域。具体涉及三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法，经SO3微热爆预处理的秸秆，再于固态或半固态条件下利用酶催化H2O2氧化降解木质素，从而提高木质素去除率的秸秆预处理新方法。
技术介绍
随着全球化石资源的过度消耗引发了环境和能源危机，寻找环境友好的可再生能源成为当今世界发展所面临的重大难题。生物质由于可再生、储量大、利用方式多元化等优点备受人们重视。秸秆作为生物质资源的主要代表之一，发展秸秆等木质纤维素为原料的生物技术已成为我国经济持续发展迫切需要解决的关键问题。由纤维素、半纤维素和木质素等组分交织在一体的秸秆结构致密且复杂，使得纤维素和半纤维素难以被酶有效水解利用。因此，综合利用秸秆必须先进行预处理，消除其表面覆盖的木质素等形成的顽抗性，即破坏秸秆的致密结构、分离、脱除木质素。目前，在木质纤维素预处理的研究中，虽然已经取得了很大的进展，国内外木质纤维素预处理技术主要分为物理法（如机械磨碎法、膨化法、微波辐射法等）、化学法（如酸碱法、过氧化物法、有机溶剂法等）、生物法（如微生物白腐菌、酶处理如纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶等）和综合法（如蒸汽爆破法、二氧化硫、三氧化硫、氨蒸爆破法、高温法等），不同方法之间都存在各自的优缺点。王霞等人专利技术了一种木质纤维素类生物质的化学预处理方法，公开号：CN103924467A。采用NaOH、H2O2相互协同的方式，进行碱处理和漂白，得到白色稻草纤维素，但其综纤维素损失率25%左右，原料综合利用率低，造成资源浪费。李文明等人专利技术了一种利用白腐菌生物预处理强化秸秆发酵产甲烷及其制备方法，公开号：CN102344942A。该法采取生物法预处理木质纤维素类生物质，对木质素进行降解，提高甲烷转化效率，对提高秸秆资源的生物转化率有重要意义，但该法酶活低，降解木质素效果差，预处理效果不佳。姚日生等人专利技术了一种三氧化硫气体处理秸秆的方法，公开号：CN101538597，以及一种木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺，公开号：CN104343030A。证实了常压条件下SO3微热爆协同稀碱液预处理木质纤维素类生物质得到的综纤维素糖化率更高，此预处理工艺可实现连续操作，提高生产效率，成本低，预处理效果好，但在稀碱液处理过程前引入氨水，废水量增多，提高了废水治理成本。2006年孙敏在《粘质沙雷氏菌及其酶对芳香化合物的氧化作用研究》论文中指出粘质沙雷氏菌胞外酶液能催化H2O2氧化降解羟基、氨基苯类化合物，以及催化异丁香酚合成，其催化降解过程为苯环开环过程。本专利基于姚日生、邓胜松等人专利技术的一种三氧化硫气体处理秸秆的方法以及一种木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺，引入了粘质沙雷氏菌胞外酶催化双氧水处理木质纤维素类生物质的固态或半固态处理法。该法结合了SO3常压连续预处理木质纤维素类生物质工艺的绝大部分优点，并且利用粘质沙雷氏菌胞外酶液催化双氧水氧化降解木质素，使木质素剥离效率更高，该预处理工艺与木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺相比，在碱液溶剂量基本一致的条件下，避免了氨水溶液的介入，降低了废水的总排放量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用粘质沙雷氏菌胞外酶液催化双氧水氧化降解由微热爆后的秸秆中的木质素，再结合稀碱处理，从而大幅度提高木质素去除率，由于没有引入稀氨水溶液，进而降低了废水量，预处理效果更好。本专利技术通过以下技术方案来实现的：一种三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、SO3微热爆木质纤维素类生物质的制备：（1）将干燥的木质纤维素类生物质切碎至1-8cm；（2）将SO3微热爆连续预处理设备预热至40-80℃，加入木质纤维素类生物质，通入一定量的SO3气体，于40-80℃下常压处理0.5-2h，得到SO3微热爆后的木质纤维素类生物质；每1000kg木质纤维素类生物质需通入SO3的体积为1-10kg；B、粘质沙雷氏菌胞外酶液喷淋木质纤维素类生物质前处理：（1）将步骤A得到SO3微热爆后的木质纤维素类生物质,在其表面均匀地喷淋pH为8.0-11.5稀氢氧化钠溶液，木质纤维素生物质与稀氢氧化钠溶液的质量体积g/mL比为1:（0.3-2），然后在45-75℃下静置0.25-0.5h，得到碱处理后的木质纤维素类生物质；（2）取粘质沙雷氏菌胞外酶液，加入蒸馏水稀释10-50倍，得到稀释后的酶液，将步骤（1）中碱处理后的木质纤维素类生物质取出，用稀释后的酶液均匀地喷淋在其表面，木质纤维素类生物质与酶液的质量体积比(g/mL)为1:(0.3-2)，然后在45-75℃下静置0.25-0.5h；C、双氧水喷淋木质纤维素类生物质：将步骤B得到的酶液处理后的木质纤维素类生物质取出，把稀释至3-20%的H2O2溶液均匀地喷淋在其生物质表面，木质纤维素类生物质与H2O2溶液的质量体积比（g/mL）为1:(0.3-2),调节溶液pH至8.0-11.5，在45-75℃下静置0.5-5h；D、碱处理：将上述步骤C得到的双氧水处理后的木质纤维素类生物质取出，加入稀氢氧化钠溶液，于40-90℃下处理0.5-3h，过滤并水洗至中性，烘干。步骤A中所述的SO3微热爆连续预处理设备和使用方法为公开号：CN104343030A的专利技术中公开的设备和使用方法。步骤B中所述的粘质沙雷氏菌胞外酶液的制备如下：培养基为蛋白胨1g，酵母膏0.5g，NaCl1g，蒸馏水100mL，恒温培养摇床温度为38℃，转速为150r/min，时间为24-36h，然后经高速离心，6000r/min，时间20min，得到上清液，即为粘质沙雷氏菌胞外酶液。所述的木质纤维素类生物质选自未经任何处理的稻草秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、花生秸秆、大豆秸秆、花生壳、麻杆、棉杆、油菜秸秆、甘蔗渣、高粱杆以及杂草中的一种或几种。步骤D中所述稀碱液处理过程中，木质纤维素类生物质与稀氢氧化钠溶液质量体积（g/mL）比为1:(5-10)，处理温度为45-80℃，搅拌处理1.0-3.0h。整个工艺流程为：木质纤维素类生物质→SO3微热爆→稀NaOH溶液喷淋→粘质沙雷氏菌胞外酶液喷淋→双氧水喷淋→稀碱液处理→过滤、水洗→干燥。有益效果本专利技术利用粘质沙雷氏菌胞外酶液催化双氧水氧化降解由微热爆后的木质纤维素类生物质中的木质素，再结合稀碱处理，从而大幅度提高木质素去除率，由于没有引入稀氨水溶液，进而降低了废水量，预处理效果更好。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好的理解专利技术的技术方案，下面进一步披露一些非限制实施例对本专利技术作详细的说明。实施例1制备SO3微热爆秸秆：称取稻草秸秆1kg，直接按照姚日生、邓胜松等专利技术的公开号：CN104343030A专利技术名称为一种木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺中步骤（1）和（2）的方法获得SO3微热爆的秸秆，结束后取出，留样以作备用。酶催化双氧水半固态法处理稻草秸秆：称取上述步骤（1）中的SO3微热爆后秸秆约10g，用固液比1:1的NaOH溶液（pH=9.8）喷淋，55℃下静置0.5h后，继续用固液比1:1经稀释后的粘质沙雷氏菌胞外酶液喷淋，再次静置0.5h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、SO

【技术特征摘要】
1.一种三氧化硫微热爆与酶催化双氧水氧化联合预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、SO3微热爆木质纤维素类生物质的制备：（1）将干燥的木质纤维素类生物质切碎至1-8cm；（2）将SO3微热爆连续预处理设备预热至40-80℃，加入木质纤维素类生物质，通入一定量的SO3气体，于40-80℃下常压处理0.5-2h，得到SO3微热爆后的木质纤维素类生物质；每1000kg木质纤维素类生物质需通入SO3的体积为1-10kg；B、粘质沙雷氏菌胞外酶液喷淋木质纤维素类生物质前处理：将步骤A得到SO3微热爆后的木质纤维素类生物质,在其表面均匀地喷淋pH为8.0-11.5稀氢氧化钠溶液，木质纤维素生物质与稀氢氧化钠溶液的质量体积g/mL比为1:（0.3-2），然后在45-75℃下静置0.25-0.5h，得到碱处理后的木质纤维素类生物质；（2）取粘质沙雷氏菌胞外酶液，加入蒸馏水稀释10-50倍，得到稀释后的酶液，将步骤（1）中碱处理后的木质纤维素类生物质取出，用稀释后的酶液均匀地喷淋在其表面，木质纤维素类生物质与酶液的质量体积比(g/mL)为1:(0.3-2)，然后在45-75℃下静置0.25-0.5h；C、双氧水喷淋木质纤维素类生物质：将步骤B得到的酶液处理后的木质纤维素类生物质取出，把稀释至3-20%的H2O2溶液均匀地喷淋在其生物质表面，木质纤维素类生物质与H2O2溶液的质量体积比（g/mL）为1:(0.3-2),调节溶液pH至8.0-11.5，在45-75℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚日生，潘春雨，邓胜松，董志江，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34