利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法技术

本发明专利技术提供一种利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法，将棉花秸秆粉碎后与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10-20混合，在常压下于70～140℃反应1～8h，然后冷却至室温，搅拌状态下加入水，抽滤，洗涤滤渣，干燥至恒重，得到再生秸秆。本发明专利技术利用离子液体[Bmim]Cl对棉花秸秆进行预处理，通过预处理条件的优化，不仅能有效增强棉花秸秆的酶解效率，提高可发酵还原糖的收率，而且克服了传统化学方法预处理工艺环境不友好等缺点。本方法操作简便，结果准确，重现性好，为棉花秸秆的预处理提供了一种新方法，也为纤维素资源的绿色应用提供了一个新平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可再生资源利用及纤维素化学领域，具体地说，涉及一种利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法。
技术介绍
我国的农作物平均年产量高达6000万吨，有丰富的自然资源，但是利用率低，绝大多数的农业废弃物都以焚烧的形式处理。在浪费自然资源的同时，对生态环境也造成了一定的危害。随着科技的进步，把农作物秸秆进行加工，将纤维素水解制还原糖，再转化为燃料乙醇的研究对我国生态环境和农村经济发展意义重大，也可缓解能源短缺、化石能源的污染等问题。棉花秸秆中纤维素含量高达32％～46％，用其制备燃料乙醇对于解决能源危机和环境问题提供了一条新途径。棉花秸秆除含丰富的韧皮纤维和大量的木质纤维素外，还具有介于木本植物和草本植物之间的特殊植物形态和结构，此外还富含粗蛋白、氮和磷，因此棉花秸秆具有很好的开发利用价值。但是较多的木质素和半纤维素包裹、包埋于纤维素骨架中，对纤维素产生空间位阻，阻碍催化剂对纤维素的可及性；同时由于纤维素的结晶区难于水解，其高结晶程度会降低催化剂水解纤维素的效率，对棉花秸秆等木质纤维素的开发和利用有一定的限制。为了提高秸秆的利用率和附加值，寻找一种理想的秸秆预处理方法非常必要。目前预处理技术存在处理效果与成本的不对应，难于同时达到低成本和高效的预处理方法，故提高预处理的效率和降低预处理成本已成为研究的关键所在。离子液体是新兴起的一种极具应用前景的绿色溶剂，是一种完全由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的低温熔融盐。近年来，离子液体以其热稳定性好、不易燃、不挥发、电导率高、溶解范围广、可重复利用等特点引起了国内外学者的重视。离子液体对生物质秸秆的预处理，主要是将干燥的秸秆与离子液体相互混合，在一定温度下搅拌至其完全溶解，向溶解后的纤维素和离子液体的混合溶液中加入水或乙醇等反溶剂使纤维素再生出来，充分洗涤以保证离子液体被完全去除。然后利用再生纤维素与纤维素酶作用产生的还原糖发酵制备燃料乙醇。离子液体处理生物质原料可以缩短纤维素水解的时间，提高还原糖的产率，相对于酸处理、碱处理等方法处理的产糖效果更好。目前常用的预处理方法包括物理法、化学法和生物法。物理法包括机械磨碎、蒸汽爆破法和电离福射法等，机械法可以降低物料的尺寸，降低结晶度；蒸汽爆破法可以促使纤维素中木质素溶于醇溶液中。化学法主要是利用酸、碱、氨等处理纤维素原料。生物法是利用细菌或真菌来降解木质素。这几种方法虽然可以达到对纤维素进行预处理的目的，但都具有一定的弊端。物理法能耗大、成本高而且效率低，化学法使用酸、碱和有机试剂会对环境产生一定的影响，目前生物法可采用的微生物种类较少，而且作用周期较长。
技术实现思路
本专利技术针对现有预处理棉花秸秆方法中存在的缺陷或不足，提供一种新型的利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法，旨在破坏棉花秸秆致密的结构，利于后续酶解糖化。为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法，将棉花秸秆粉碎后与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10-20混合，在常压下于70～140℃反应1～8h，然后冷却至室温，搅拌状态下加入水(优选去离子水)、乙醇或丙酮，抽滤，洗涤滤渣，干燥至恒重，得到再生秸秆。本专利技术中还可以使用离子液体[Amim]Cl、[Emim]Ac等来替代[Bmim]Cl预处理棉花秸秆。与其它种类的离子液体相比，[Bmim]Cl的合成工艺相对简单，成本相对较低，且处理效果较好，优选用于本专利技术中。具体地，所述方法包括以下步骤：1)棉花秸秆经干燥后，粉碎，过40-80目筛(优选过40目筛)，得到棉花秸秆粉；2)将棉花秸秆粉与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10混合，在常压下于120℃反应4h，然后冷却至室温，搅拌状态下加入水、乙醇或丙酮，抽滤，洗涤滤渣，干燥至恒重，得到再生秸秆。前述的方法，步骤2)用油浴加热。前述的方法，步骤2)用水(优选蒸馏水)、乙醇或丙酮将滤渣洗至滤液呈无色，然后将滤渣于60℃烘干至恒重。前述的方法，步骤2)使用布氏漏斗进行抽滤。上述方法还适用于玉米秸秆、小麦秸秆和甘蔗渣等生物质材料的预处理。本专利技术还提供所述预处理方法在提高棉花秸秆酶解效率中的应用。本专利技术还提供利用所述预处理方法制备的再生秸秆。本专利技术进一步提供所述再生秸秆在酶解糖化制备乙醇发酵原料中的应用。具体如下：取适量再生秸秆，按照固液比1～15mg/mL加入柠檬酸盐缓冲液，再按照20～60FPU/g再生秸秆的比例加入纤维素酶，于40～80℃、摇床转速120～250r/min条件下保温反应12～48h，得到以还原糖为主要成分的糖液，作为乙醇发酵原料。优选地，取适量再生秸秆，按照固液比10mg/mL加入pH4.80.1mol/L柠檬酸盐缓冲液，再按照40FPU/g再生秸秆的比例加入纤维素酶，于50℃、摇床转速150r/min条件下保温反应24h，然后置于沸水浴中灭酶10min，离心分离得到以还原糖(葡萄糖)为主要成分的糖液，用DNS法测定还原糖含量。本专利技术中使用的纤维素酶为美国MP公司生产的商品化纤维素酶，酶活力为160FPU/g。本专利技术利用离子液体[Bmim]Cl对棉花秸秆进行预处理，通过预处理条件的优化(即，在单因素试验的基础上，以离子液体[Bmim]Cl预处理温度、时间、液固比为因素，以失重率、还原糖得率为试验指标，设计三因素三水平正交试验，以优化预处理参数)，不仅能有效增强棉花秸秆的酶解效率，提高了可发酵还原糖的收率(预处理后的再生秸秆中纤维素含量可达29.1±0.2％)，而且克服了传统离子液体预处理工艺环境不友好等缺点。本方法操作简便，结果准确，重现性好，为棉花秸秆的预处理提供了一种新方法，也为纤维素资源的绿色应用提供了一个新平台。附图说明图1为本专利技术实施例中预处理时间对失重率和还原糖得率影响。图2为本专利技术实施例中预处理温度对失重率和还原糖得率影响。图3为本专利技术实施例中液固比对失重率和还原糖得率影响。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。以下实施例中使用的纤维素酶来源于美国MP公司，来源于黑曲霉，酶活力为160FPU/g。实施例利用离子液体[本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法，其特征在于，将棉花秸秆粉碎后与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10‑20混合，在常压下于70～140℃反应1～8h，然后冷却至室温，搅拌状态下加入水、乙醇或丙酮，抽滤，洗涤滤渣，干燥至恒重，得到再生秸秆。

【技术特征摘要】
1.利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法，其特征在于，
将棉花秸秆粉碎后与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10-20混合，
在常压下于70～140℃反应1～8h，然后冷却至室温，搅拌状态下加入水、
乙醇或丙酮，抽滤，洗涤滤渣，干燥至恒重，得到再生秸秆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)棉花秸秆经干燥后，粉碎，过40-80目筛，得到棉花秸秆粉；
2)将棉花秸秆粉与离子液体[Bmim]Cl按照质量比为1:10混合，
在常压下于120℃反应4h。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)用油浴加
热。
4.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)
用水、乙醇或丙酮将滤渣洗至滤液呈无色，然后将滤渣于60℃烘干至
恒重。
5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)
使用布氏漏斗进行抽滤。
6.根据权利要求1-5任一项所述方法制备的再生秸秆。...

【专利技术属性】
技术研发人员：周大云，杜双奎，王延琴，魏守军，杨伟华，匡猛，马磊，方丹，徐双娇，
申请(专利权)人：中国农业科学院棉花研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41