处理制造技术

本发明专利技术涉及一种处理木质纤维素生物质以溶解其中的木质素同时不溶解纤维素的改进方法。所得的纤维素浆料可用于生产葡萄糖。另外，可以分离木质素以用于后续在可再生化学工业中作为芳香族平台化学品的来源使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】处理 本专利技术涉及一种处理木质纤维素生物质以溶解其中的木质素同时纤维素不溶解 的改进方法。所得的纤维素浆料可用于生产葡萄糖。另外，可以分离木质素以用于后续在 可再生化学工业中作为芳香族平台化学品的来源使用。 糖类（例如糖）可用于生产多种可以用作化学品和溶剂的产物，例如，可将糖发酵 来制备生物乙醇。木质素和半纤维素也可用于制备多种燃料和生物化学品。目前生物燃料 通常源自食物资源。这导致几个问题：与食物供应竞争原材料；每单位面积土地的产量低； 以及需要高能量输入来使作物成长。可以通过水解淀粉来产生所需要的糖，或可使用由诸 如甘蔗或甜菜等植物生产的蔗糖。如果可以使用来自农业残余物、林业残余物和能源作物 的植物的木质部分，则这些问题可以得到缓解。 植物的木质或结构部分经进化而抵御降解。它们主要由纤维素、半纤维素和木质 素构成。需要对该材料进行预处理以破坏结构。通常，预处理包括一个或多个以下步骤： 除去半纤维素；修饰和增溶木质素；水解半纤维素_木质素连接；和降低纤维素纤维的结晶 度。这使得纤维素更易被酶接触。发酵阶段的所形成的任何潜在抑制剂在调理阶段被除去。 先前已描述了若干预处理方案。这些方案包括蒸汽爆破、利用稀酸或碱催化、氨纤 维膨胀、有机溶剂制浆和生物预处理。所有这些方法具有各自的缺点。还描述了使用离子 液体的预处理。离子液体（IL)是在所关注的温度下为液体的盐。可以选择阴离子和阳离 子的组合以满足所需要的特定应用。 W010/0056790描述了使用基本无水的离子液体来溶解生物质，之后可以利用各种 溶剂将其分离。W008/090155和W008/090156均描述了使用离子液体来溶解全部生物质组 分，例如木质素、半纤维素和纤维素。在这些方法中，通常通过添加适当的溶剂以使纤维素 沉淀出并能够分离，从而将纤维素与其他组分分离。将含有[MeSOj和二烷基咪唑鑰阳离 子的离子液体应用于生物质预处理的两份近期报告得出以下结论：离子液体不能增强楓木 或玉米芯的可消化性。 W02008/112291描述了使用离子液体来预处理含有木质素的生物质，以提高后续 糖化反应中的产率。离子液体用来使含有纤维素的生物质结构溶胀，而不实现木质纤维素 的任何溶解。木质素可以作为糖化后的固体而回收。 US2010-0081798描述了使用含有多原子阴离子的离子液体来使木质纤维素增溶。 纤维素溶解在所述离子液体中。 W02005/017252描述了使用具有芳香族阴离子的离子液体来溶解生物质中的木质 素，从而使所获得的纤维素纤维可以得到进一步加工。 W0 2005/017001描述了采用诸如氯化1- 丁基-3-甲基咪唑鑰等离子液体以便利 用微波辐射和/或压力将木质纤维素材料溶解。木质素可以在纤维素沉淀之前从溶液中除 去。离子液体将木质素和纤维素材料都溶解。阳离子包含5元或6元杂环，该杂环可选地 与苯环稠合。 W02012/080702描述了采用离子液体溶解木质纤维素生物质中的木质素，同时使 纤维素保持未溶解且不溶胀。这使得所产生的纤维素浆料能够在进行糖化之前得到机械分 离。通过简单地添加反溶剂（例如水），也可以使木质素从离子液体中沉淀出来。这意味着 离子液体可以再循环。 先前的研究已采用全烷基化的或大的芳香族阳离子，通常为二烷基咪唑鑰。这些 材料使用昂贵，因此不适合商业目的。离子液体的成本是其在生物质预处理和纤维素/木 质素分离中的应用的一个主要障碍。简单烷基铵由简单前体大规模制造，因此更廉价。通 过添加可以以低成本获得的适合的酸（如硫酸），可由这些烷基铵制得离子液体。 本专利技术涉及一种处理木质纤维素生物质以溶解其中的木质素但不溶解纤维素的 方法，所述方法包括： (a)使木质纤维素生物质接触含有离子液体的组合物以产生纤维素浆料，其中，所 述离子液体包含（i)式I的阳离子 其中A1至A4各自独立选自H、脂肪族基团、C36碳环、C61。芳基、烷基芳基和杂芳基；或 其混合物；和 (ii)选自C! 2。烷基硫酸根、C! 2。烷基横酸根、硫酸氛根、磷酸二氢根、磷酸氢根的 阴离子或其混合物，其中如果所述阴离子是乙酸根，则所述组合物还包含10%~40%v/v 的水。优选的是阴离子不是乙酸根。 离子液体优选与生物质在100°C~180°C加热，优选120°C~140°C。反应进行15 分钟~22小时，优选20分钟~13小时，更优选30分钟~8小时，S卩，45分钟、1小时、2小 时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、9小时、10小时、11小时、12小时、15小时、17小 时、20小时。优选的是，搅拌混合物，例如以50rpm~200rpm搅拌。 本文所使用的术语"木质纤维素生物质"是指可用于一种或多种所公开的方法中 的活的或死亡的生物材料。其可以包含任何纤维素或木质纤维素材料，并包括包含纤维素 且可选地还包含半纤维素、木质素、淀粉、寡糖和/或单糖、生物聚合物、生物聚合物的天然 衍生物、其混合物和分解产物的材料。其还可以包含其他组分，如蛋白和/或脂质。该生 物质可以来自单一来源，或者可以包含来自多种来源的混合物。生物质的一些具体实例包 括但不限于生物能源作物、农业废料、城市固体垃圾、工业固体废料、纸张制造中的淤渣、庭 院垃圾、木材和林业废料。生物质的其他实例包括但不限于玉米粒、玉米芯、作物废料（例 如玉米皮、玉米猜杆）、草类（包括巨芒（Miscanthus X giganteus)、细叶芒（Miscanthus sinensis)和荻草（Miscanthus sacchariflorus))、小麦、小麦杆、干草、稻杆、柳枝稷、废 纸、甘蔗渣、高粱、大豆、碾磨谷物获得的组分、树木（例如松树）、枝、根、叶、木肩、木浆、锯 末、灌木和矮树丛、蔬菜、水果、花、动物粪便、多组分饲料和甲壳类生物质（即，壳质生物 质）。可以优选的是在用于本专利技术的方法之前先处理生物质。例如，可以机械处理（例如， 碾磨或撕碎）生物质。 在优选实施方式中，在机械处理之前，使生物质与离子液体组合物接触。已经发 现，处理作为木肩提供的生物质能够减少研磨生物质所需的能量。在研磨阶段，离子液体 组合物似乎充当了润滑剂。作为木肩提供的木质纤维素生物质可以在略微升高的温度 (70°C~100°C，优选90°C)下用离子液体组合物短暂浸透，而后执行机械尺寸减小步骤。离 子液体组合物可以与生物质接触从数分钟至18小时以上的任意长度的时间，优选接触5分 钟~1小时。然后可以如本文所述使用离子液体组合物进行进一步处理，以使生物质的木 质素成分进一步增溶。 本文所使用的"离子液体"是指电离的物类（即，阳离子和阴离子）。通常，它们的 熔点低于约l〇〇°C。可以将以下列出的任何阴离子与以下列出的任何阳离子组合使用，以产 生用于本专利技术的离子液体。 木质纤维素生物质中的木质素在处理温度下可溶于离子液体，但纤维素不可溶 解，这使得可以制造包含纤维素的浆料。其他组分（例如半纤维素）优选也可以溶于离子 液体中。 阳离子为铵离子、其衍生物或其混合物。这些阳离子具有以下通式： 其中A1至A4各自独立地选自H、脂肪族基团、C36碳环、C6i。芳基、烷基芳基和杂芳基。 优选的是，A1至A4中的当前第1页1&nb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理生物质以溶解其中的木质素但不溶解纤维素的方法，所述方法包括：(a)使木质纤维素生物质接触含有离子液体的组合物以产生纤维素浆料，其中，所述离子液体包含(i)式I的阳离子其中A1至A4各自独立地选自H、脂肪族基团、C3‑6碳环、C6‑10芳基、烷基芳基和杂芳基；和(ii)选自C1‑20烷基硫酸根[烷基SO4]‑、C1‑20烷基磺酸根[烷基SO3]‑、硫酸氢根[HSO4]‑、亚硫酸氢根[HSO3]‑、磷酸二氢根[H2PO4]‑、磷酸氢根[HPO4]2‑和乙酸根[MeCO2]的阴离子，其中，如果所述阴离子是乙酸根，则所述组合物还包含10％～40％v/v的水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·哈利特，T·维尔通，A·勃兰特，
申请(专利权)人：帝国革新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB