生物质加工制造技术

将生物质(例如植物生物质、动物生物质和城市废物生物质)进行加工以生产有用的中间体和产品，如能量、燃料、食品或材料。例如，描述了可以使用原料材料(如纤维素和/或木质纤维材料)例如通过发酵来生产中间体或产品的系统。

【技术实现步骤摘要】
本申请为国际申请号为PCT/US2011/024470，国际申请日为2011年2月11日，专利技术名称为“生物质加工”的PCT申请于2012年8月3日进入中国国家阶段后申请号为201180007938.0的中国国家阶段专利申请的分案申请。相关申请本申请要求2010年2月17日提交的美国临时申请第61/305,281号的优先权。该临时申请的全部公开内容通过引用结合在此。背景纤维素和木质纤维材料在许多应用中大量地生产、加工和使用。这些材料往往使用一次，然后就作为废物丢弃，或直接就被当做废弃材料，例如污水、甘蔗渣、锯屑和秸秆。各种纤维素和木质纤维材料、其用途以及应用已经在美国专利第7,074,918号、第6,448,307号、第6,258,876号、第6,207,729号、第5,973,035号和第5,952,105号以及各种专利申请中描述，这些专利申请包括“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”PCT/US2006/010648(2006年3月23日提交)和“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”美国专利申请公布第2007/0045456号。概述一般来讲，本专利技术涉及含糖材料(例如生物质材料或生物质衍生材料)、加工这些材料以改变其结构的方法和由所述结构上改变的材料制成的产品。许多所述方法提供可以更容易地被各种微生物利用以生产有用中间体和产品(例如，能量、燃料如乙醇、食品或材料)的材料。本文中公开的方法包括通过非机械处理的结构改性处理(例如选自由辐射、超声、热解、氧化、蒸汽爆破、化学处理和其组合组成的组的处理)来处理生物质材料以改变所述材料的结构，并且随后机械处理所述结构上改变的材料。在一些实施方式中，重复一个或多个这些步骤。例如，所述材料可以经受两次或两次以上结构改性处理(例如照射)，在结构改性处理之间进行机械处理。在一些实施方式中，所述生物质材料在结构改性之前进行初步机械处理(例如)以缩减尺寸。所述初步和随后的机械处理可以是相同(例如，剪切，接着在照射之后再进行剪切)或不同(例如，剪切，接着在照射之后进行粉碎)的。不希望受理论限制，人们认为结构改性处理减弱或部分破坏(例如微裂缝)材料的内部晶体结构，随后的机械处理打碎或此外进一步破坏所述被削弱的结构。这些连续事件降低原料的抗性，使处理的原料更容易地被转化成产品，例如燃料。所述任选的初步机械处理步骤可以例如通过降低材料尺寸或“打开”所述材料用于制备结构改性的原料材料。已经发现使用本文中描述的方法生产产品的总能量需求往往比仅包括结构改性处理或初步机械处理接着进行结构改性处理的类似方法的总能量需求低。例如，在结构改性处理之后进行一种或多种机械处理时，所述结构改性处理可以以更低的能量水平进行而对抗性具有相同或更好的净效应。在照射的情况下，在一些实施方式中，可以向原料输送相对低的剂量，例如小于60Mrad，例如约1Mrad至约60Mrad，或约5Mrad至约50Mrad。因此，本文中描述的方法可以允许以相对低的成本使用通常加工难和能量密集的原料制造中间体或产品。然而，可以使用大范围的辐射剂量。例如，照射的剂量可以是约0.1Mrad至约500Mrad，约0.5Mrad至约200Mrad，约1Mrad至约100Mrad，或约5Mrad至约60Mrad。一方面，本专利技术的特征为一种包括机械处理已经经受结构改性处理的结构上改性的生物质原料的方法，所述结构改性处理选自由辐射(例如电子束辐射)、超声、热解、氧化、蒸汽爆破、化学处理和其组合组成的组。一些实施方式可以包括一种或多种以下特征。机械处理可以包括选自由切割、碾磨、按压、粉碎、剪切和切削组成的组的加工。碾磨可以包括例如使用锤磨机、球磨机、胶体磨、圆锥或锥形磨、盘磨机、轮碾机、Wiley粉碎机或砻谷机。在一些实施方式中，结构上改性包括例如用电子束照射，单独使用或与本文中描述的一种或多种其它结构改性处理组合使用。机械处理可以在环境温度下或在减温下进行，例如如在美国专利第12/502,629号中公开的，其全部公开内容通过引用结合在此。所述方法可以进一步包括重复所述结构改性和机械处理步骤一次或多次。例如，所述方法可以包括在机械处理之后进行额外的结构改性处理。在一些情况下，所述生物质原料包含纤维素或木质纤维材料。原料可以包括例如纸、纸制品、木材、木材相关材料、刨花板、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯、椰子毛、海藻、海草、微生物材料、改变的纤维素例如醋酸纤维素、再生纤维素等，或任何这些的混合物。一些方法进一步包括将结构上改性、机械处理的原料与微生物混合，所述微生物利用所述原料生产中间体或产品，例如能量、燃料例如醇、食品或材料。所述微生物可以是例如细菌和/或酶。所述方法可以包括糖化所述结构上改性、机械处理的原料，并且在一些情况下发酵所述糖化产物。所述结构上改性、机械处理的原料具有可以例如通过糖化允许其被容易地转化成产物的特性。例如，在一些情况下，所述结构上改性、机械处理的原料具有至少80％的孔隙度。本文中使用的短语“结构上改性”生物质原料表示以任何方式改变所述原料的分子结构，包括所述原料的化学键排列、晶体结构或构象。所述改变可以是例如晶体结构完整性的改变(例如通过结构内的微裂缝)，这可能不通过所述材料结晶度的衍射测量所体现。在所述材料结构完整性中的这些改变可以通过测量在不同结构改性处理水平的产物产率间接测量。此外或或者，在分子结构中的改变可以包括改变材料的超分子结构、材料的氧化、改变平均分子量、改变平均结晶度、改变表面积、改变聚合度、改变孔隙度、改变支化度、接合其它材料、改变结晶晶畴尺寸或改变总体晶畴尺寸。应该注意的是，本文中引用的“结构改性处理”和机械处理均用来结构上改性生物质原料。机械处理通过使用机械手段进行，而结构改性手段使用其它类型的能量(例如辐射、超声能量或加热)或化学手段进行。除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语均具有与本专利技术所属领域一般技术人员通常理解的相同含义。虽然在本专利技术的实践或检测中可以使用与本文中描述的那些类似或等价的方法和材料，但是合适的方法和材料如下所述。本文中提到的所有公布、专利申请、专利和其它参考文献均全部通过引用结合在此。如果有冲突本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：利用初步机械处理缩减纤维素或木质纤维原料的尺寸，其中所述初步机械处理选自由切割、碾磨、粉碎、按压、剪切和切削组成的组，使用电离辐射照射所述纤维素或木质纤维原料，以生产结构上改性的纤维素或木质纤维材料，通过加热处理所述结构上改性的材料，以及对所述结构上改性的材料进行机械处理，其中所述机械处理选自由切割、碾磨、按压、粉碎、剪切和切削组成的组。

【技术特征摘要】
2010.02.17 US 61/305,2811.一种方法，其包括：
利用初步机械处理缩减纤维素或木质纤维原料的尺寸，其中所述
初步机械处理选自由切割、碾磨、粉碎、按压、剪切和切削组成的组，
使用电离辐射照射所述纤维素或木质纤维原料，以生产结构上改
性的纤维素或木质纤维材料，
通过加热处理所述结构上改性的材料，以及
对所述结构上改性的材料进行机械处理，其中所述机械处理选自
由切割、碾磨、按压、粉碎、剪切和切削组成的组。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括对所述结构上改性
的材料进行化学处理，其中所述化学处理中使用的化学品选自由无机
酸、碱或强氧化剂组成的组。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中照射以至少0.25Mrad每
秒的速率进行。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中照射以至少1Mrad
每秒的速率进行。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中照射向所述纤维素
或木质纤维原料提供约10Mrad和约500Mrad之间的剂量。
6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·梅多夫，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US