用于预处理木质纤维素材料的方法技术

一种用于预处理木质纤维素材料的方法，所述木质纤维素材料，基于木质纤维素材料的总重量，具有在等于或超过10wt%至等于或低于50wt%的范围内的木质素含量，所述方法包括:将木质纤维素材料与碱性水溶液以等于或高于25:75至等于或低于60:40的固液重量比在混合器中混合，以产生含水浆料，所述碱性水溶液具有等于或高于9.0的pH；和在等于或高于50℃至等于或低于200℃的温度下热处理含水浆料，以产生包含经预处理的木质纤维素材料的经热处理的含水浆料。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术的
本专利技术涉及用于预处理木质纤维素材料的方法。专利技术背景随着原油供应的逐渐减少，可再生能源的使用对于燃料和化学品的生产正变得日益重要。来自可再生能源的此类燃料和化学品通常分别称为生物燃料和生物化学品。使用可再生能源的有利方面之一是，与常规矿物源原料相比较，CO2平衡更为有利。衍生自可再生、不可食用能源例如木质纤维素材料的生物燃料和/或生物化学品是优选的，因为它们不与食品生产竞争。此类生物燃料和/或生物化学品也称为第二代或高级生物燃料和/或生物化学品。对于生物乙醇的生产而言，利用木质纤维素材料来进行产生也是优选的。许多用于将木质纤维素材料转化成生物燃料和/或生物化学品的方法是可获得的。然而，木质纤维素材料的可消化性受为木质纤维素材料提供在自然界中所需强度的物理的、化学的、结构的和组成的因素阻碍。因此，木质纤维素材料的许多转化方法具有共同点：需要首先预处理木质纤维素材料。从木质纤维素材料生产生物乙醇可以例如包括如下步骤作为主要步骤：预处理木质纤维素材料以使木质纤维素材料中的纤维素和/或半纤维素易于接近；水解纤维素和/或半纤维素以产生糖；和使糖发酵成生物乙醇。其它生物燃料和生物化学品(例如生物柴油)的产生也优选包括预处理步骤。Kumar等人在他们的标题为“Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production”的论文(出版于Ind.Eng.Chem.Res.2009，第48卷，第3713-3729页)中陈述，存在几类预处理方法，包括：物理法(粉碎和研磨)、物理化学法(蒸气预处理/自水解、热解法(hydrothermolysis)和湿氧化法)、化学法(碱、稀酸、氧化剂和有机溶剂)、生物法、电预处理法或此类预处理法的组合。Alvira等人在他们的标题为“Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis:a review”的论文(出版于Bioresource Technology 101(2010),第5851-4861页)中指出，碱预处理增加纤维素的可消化性并且与酸或热液过程相比较，它们对于木质素的溶出作用更有效，但溶解较少的纤维素和半纤维素。作为适当的碱预处理，提及了氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙。在现有技术中，很少有使用超过15wt%干物质含量的木质纤维素材料溶液的碱预处理法。Kumar等人描述了，以0.1-0.25克NaOH/克生物质的用碱量(Alkali loading)在90℃下以20%固体含量进行的射频辅助碱预处理(radio-frequency-assisted alkali pretreatment)。Cheng等人在他们的标题为“Evaluation of High Solids Alkaline Pretrea tment of Rice Straw”的论文中描述了，以5克水/克风干稻草的用水量(即，约20wt%的干物质含量)，以0、2和4wt%绝干稻草的用碱量，在55℃下利用NaOH进行的研究。Li等人在他们的标题为“Cold sodium hydroxide/urea based pretreatment of bamboo for bioethanol production:characterization of the cellulose rich fraction”的论文中描述，竹子经研磨和筛分以获得40-60目级分，所述级分利用甲苯/乙醇进行提取以除去脂肪、蜡和油，随后进行风干，然后进行球磨。将经球磨的样品悬浮于95%乙醇溶液中，进行5分钟，随后在超声波细胞粉碎机中经历超声辐照处理。将样品过滤，风干残留物。将残留物经历使用7%NaOH/12%尿素的碱处理。Nlewem等人在它们的标题为“Comparison of different pretreatment methods based on residual lignin effect on the enzymatic hydrolysis of switch grass”的论文中描述了，柳枝稷样品在85-90℃的温度下、以0.15g/ml的生物质负荷、于浓度在0.5至10%w/v的范围内的NaOH溶液中浸渍1小时。中国专利申请CN101121175A涉及下述问题：秸秆的生物或物理或化学处理花费很长的时间并且降解速率较低，因为秸秆木质素和纤维蛋白难以被降解。作为解决方案，其描述了使用碱和臭氧的预处理法。该方法包括，粉碎秸秆，将其与石灰水混合。在所述方法中，秸秆的干物质含量为约3%-15%，氢氧化钠(NaOH)的浓度为约0.3%-1%。所获得的混合物随后用臭氧处理。中国专利申请CN101255479描述了用于糖化木质纤维素的预处理法。在描述的预处理过程中，可将研磨的木质纤维素(20-60目)与含有例如浓度为0.1%至3%的氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)的碱溶液混合。液固比可在4:1至12:1的范围内。所描述的预处理法似乎无需添加蒸气，而在约1至4小时的过程中在正常的温度条件下进行预处理。在实施例中，获得了在约75%至约93%的范围内的固体产率。在酶解后，获得了在约23%至约53%范围内的糖产率。纤维素转化率在约48%与约51%之间。然而，当按比例放大至工业化生产时，用于现有技术的方法中的大量水和低干物质含量将使得现有技术预处理法太昂贵而无法使用。因此，提供允许使用具有至少25wt%的干物质含量的物料(feed)的预处理方法在本领域将是一个进步。Lamsal等人在他们的标题为“Extrusion as a thermo-chemical pretrea tment for lignocellulosic ethanol”的论文(出版于Biomass and Bioenergy，第34卷(2010)，第1703-1710页)中描述，将氢氧化钠、尿素和硫脲的溶液(各自10wt%)与麦麸(以获得20-25%w/w的含水量(即75%-80%的干物质含量))和与大豆荚壳(以获得30-35%w/w的含水量(即65%-70%的干物质含量))混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于预处理木质纤维素材料的方法，所述木质纤维素材料，基于木质纤维素材料的总重量，具有等于或超过10wt%至等于或低于50wt%的木质素含量，所述方法包括:将木质纤维素材料与碱性水溶液以等于或高于25:75至等于或低于60:40的固液重量比在混合器中混合以产生含水浆料，所述碱性水溶液具有等于或高于9.0的pH；和在等于或高于50℃至等于或低于200℃的温度下热处理含水浆料，以产生包含经预处理的木质纤维素材料的经热处理的含水浆料。

【技术特征摘要】
1.一种用于预处理木质纤维素材料的方法，所述木质纤维素材
料，基于木质纤维素材料的总重量，具有等于或超过10wt%至等于或
低于50wt%的木质素含量，所述方法包括:
将木质纤维素材料与碱性水溶液以等于或高于25:75至等于或低
于60:40的固液重量比在混合器中混合以产生含水浆料，所述碱性水
溶液具有等于或高于9.0的pH；
和在等于或高于50℃至等于或低于200℃的温度下热处理含水浆
料，以产生包含经预处理的木质纤维素材料的经热处理的含水浆料。
2.权利要求1的方法，其中所述木质纤维素材料，基于木质纤维
素材料的总重量，包含等于或高于15wt%至等于或低于40wt%的木质
素。
3.前述权利要求的任一项的方法，其中所述碱性水溶液为包含氢
氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾和/或其混合物的碱性水溶液。
4.前述权利要求的任一项的方法，其中所述碱性水溶液为包含
0.04克/升至500克/升的氢氧化钠的碱性水溶液。
5.前述权利要求的任一项的方法，其中以等于或高于30:70至等
于或低于55:45的固液重量比混合所述木质纤维素材料与碱性水溶
液。
6.前述权利要求的任一项的方法，其中所述混合器为剪切混合
器。
7.权利要求6的方法，其中通过剪切混合器施加剪切能量，所述

\t剪切能量的量在等于或高于1%至等于或低于25%的木质纤维素材料中
包含的总能量的范围内。
8.权利要求6的方法，其中通过剪切混合器施加剪切能量，所述
剪切能量的量在等于或高于100焦尔至等于或低于20,000焦尔/克木
质纤维素材料的范围内。
9.前述权利要求的任一项的方法，其中所述混合器为双螺旋挤压
机。
10.前述权利要求的任一项的方法，其中木质纤维素材料在混合

【专利技术属性】
技术研发人员：王海松，刘超，牟新东，艾弗特·范德海德，李滨，于光，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37