本发明专利技术涉及一种实现木质纤维类生物质组分分离的常压脱脂粗甘油预处理方法。木质纤维类生物质和脱脂粗甘油混匀后，在大气压或微压下，通过甘油自催化或外加催化剂，进行加热蒸煮，蒸煮完毕降温并进行组分充分溶解。过滤洗涤即可获得甘油纤维素，它具有很好的可酶解特性；滤液调至弱酸性浓缩后在乙醇中沉淀，二次过滤得到半纤维素组分；二次滤液通过乙醇回收，调强酸性后沉淀、离心，最终获得甘油木质素组分。该方法不但有利于低品级粗甘油的经济利用，而且有助于解决低沸点乙醇等有机溶剂制浆工艺放大过程中的潜在危害，如高压操作和挥发性气体易燃易爆。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种木质纤维类生物质组分分离和分级利用的方法，属 于木质纤维类生物质生化工程领域，它涉及到利用脱脂粗甘油预处理 木质纤维类生物质实现组分分离的工业和配方。
技术介绍
天然木质纤维中的碳水化合物千差万别，结构极其复杂，表现在 以下几个方面不同种属来源的木质纤维类生物质中纤维素和半纤维 素的含量是不同的；不同种属来源的纤维素和半纤维素的结构是不同 的；同一木质纤维内部由众多的大分子以复杂紧密的结构形式存在 着。这些导致了木质纤维类生物质复杂致密的结构，并且难以直接高 值化利用，尤其木质素作为细胞之间的粘合剂和刚性原料，严重阻碍 了木质纤维素中碳水化合物的释放。很难被微生物或酶水解，主要影 响因素有结晶度、聚合度、表面积和乙酰基以及木质素-半纤维素 复合结构，它们影响酶与纤维素分子的接触，致使酶对纤维素的攻击 变得困难，阻碍了纤维素的水解。另一方面,传统意义上的木质纤维类生物质的利用，比如制浆造 纸，仅仅关注纤维素和部分半纤维素的利用，导致了木质纤维很多组 分的浪费，而且未被利用的组分，如木质素，形成黑液污染了环境， 对生态环境形成了严重的威胁。为了使目前来自天然可再生资源的生物基产品具有传统的石化 产品的经济优势，在构建经济高效、环境友好的预处理方法的同时， 引用生物质全利用和生物精炼的理念，注重多组分多级分别利用，以取得综合经济效益，将会为生物基产品的技术经济性和社会环境效益 带来希望。因而找寻一种经济可行、简单高效和环境友好的预处理方法使木 质纤维类生物质三大组分(纤维素、半纤维素和木质素)分级分离，以便分别高值利用，实现生物质精炼(Biorefinery)，已成为国内外研究 木质纤维类生物质领域的专家、学者和工程技术人员的共识。基于生 物质精炼的理念，寻找一种经济可行的预处理技术路线，目前已成为 国际上对可再生木质纤维质资源开发利用的热点和难点(阎立峰，朱 清时，化工学报，2004, 55， 1938-1943; Allen SG et al.， 2001， 40， 293t2941)。它的突破对于经济可持续、生态环境、人与自然和谐共 处和国家安全将产生革命性意义。有机溶剂(或外加一些催化剂)能够在一定温度、压力条件下将原 料中的木质素分离、溶解或水解，从而使木质素和纤维分离(廖俊和， 罗学刚，纤维素科学与技术，2003， 11 (4)， 60-64)。该预处理过程具有独特的优势对各种木质纤维适用性强；消耗水电和化学药品少； 经济成本低、投资少；环境污染小、几乎可实现零排放；溶剂便于回 收和循环利用；处理效果好；副产物易于提取，便于综合利用。因而 受到国内夕卜的广泛关注(Jimenez L et al, Process Biochemistry, 33:401-408， 1998; Pan X J et al， biotechnol. Bioeng., 90:473-481， 2005; 陈海峰等，CN 1566520A;罗学刚，CN 1417406A)。小分子有机溶 剂由于成本价格低和易回收利用等特点，曾经被广泛研究，如乙醇水 溶液制浆、醋酸制浆、苏打催化乙醇制浆、甲醇-苏打-泛醌制浆、丙 酮-水制浆(Jimenez L et al， Ind. Eng. Chem. Res.， 40:6201-6206， 2001) 和醋酸制浆等 (Abad S et al" J. Chem. Technol. Biotechnol" 76:1117-1123， 2001)。但目前由于乙醇等低沸点有机溶剂处理工艺存 在着高压运行和溶剂易挥发泄露、易燃易爆等危险，需要设备耐高压、 密封性好，不允许有任何的泄漏，因而给实际生产的设备和操作安全性带来了很大挑战。所以，这些研究大多仍处于实验室和中试生产阶段(Rodriguez F et al (1998)， Recent Res. Dev. Chem. Eng.; Jimenez L et al (1998)， Afinidad)。与此同时，大分子的高沸点有机溶剂预处理方面 的研究却鲜有报道和专利公开(程贤甦等，CN1424459A;陈为健等， 林产化学与工业24: 34-38, 2004; Rezayati-Charani et al.， Bioresour. Technol. 97， 2435-2442， 2006; Rodriguez et al" Bioresour. Tedmol. doi:10.1016/j.biortech.2007; Jim6nez et al， Bioresour Technol doi: 10.1016/j .biortech.2007.05.0442007)。甘油作为一种有甜味、无毒有机溶剂，它的沸点高达290 °C， 可与水任意混溶。在油脂化学工业中，它是植物油或动物油通过皂化 作用生产生物柴油或有机酸时的主要副产品，生物柴油工业中甘油副 产物产量约为生物柴油的1/10。尽管高纯度(99%以上)甘油在化妆、 食品和医药工业有着广泛的应用，但对于油脂化学工业副产品粗甘油 来说，由于仅有30~80%纯度使它难以高值利用，进一步分离纯化达 到99%以上需要数道工序，比如中和、浓縮、脱盐、精馏、脱色和 脱毒等，无论从经济成本还是技术层面上对于中小企业来讲都是非常 困难的，所以实际生产中它通常用于燃烧预热植物油原料。但随着石 化能源替代，生物柴油生产装置不断上马和生物柴油产量迅猛发展 (de Guzman D. Chemical Market Reporter, February 7, 2005)，甘油市场' 价格也己经跌至2004年的200美元左右，粗甘油价格为US$90/ton; 国内甘油市场价格也逐步走低。所以必须为低品级甘油的经济利用探 索出新路子，这样有助于弥补生物柴油的一部分生产成本。国内外仅有土耳其的Demirbas教授带领他的团队于上世纪90 年代(Bioresour Technol 63， 179—185, 1998)基于可再生林木资源制浆 造纸和能源方面的考虑，开展过甘油作为有机溶剂对木材进行制浆脱 除木质素和液化汽化方面研究。甘油水溶液对几种木屑脱木素制浆研 究的初步结果表明，甘油作为多醇类有机溶剂能够很好地从纤维素上剥落木质素，自催化和酸催化时可分别脱去47.9-76.8%和55.5-88.0% 的木质素，使之溶于甘油溶液中，但明显发生了纤维素降解。至今为 止，尚未见进一步的相关报道，比如造纸、组分可提取情况等。更 没有他人进行这方面的工作。基于此，本课题组在国内率先尝试开展甘油预处理木质纤维类生 物质，实现甘油和木质纤维素同时高值转化利用方面的研究，取得了 一系列的研究成果(陈洪章&孙付保，专利申请号200610113216.4; 200710118851.6)。该预处理技术不是使用高纯度甘油作蒸煮剂，而 是利用油脂化学工业的低品级的脱脂粗甘油水溶液，它可以是甘油精 加工过程中，中和、浓縮、脱盐、精馏、脱色和脱毒等，任何环节的 粗甘油溶液经过脱去脂溶性化合物后的产品。需要脱脂是由于，粗甘 油中存在的脂溶性化合物在预处理过程中容易形成树脂沉淀，不利 于半纤维素和木质素的脱出分离，因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于木质纤维类生物质组分分离的常压脱脂粗甘油预处理方法，其特征在于：脱脂甘油溶液和木质纤维素类生物质混合，常压加热升温预处理并保温蒸煮后降温；通过过滤洗涤获得的水不溶性固体纤维，即为纤维素部分；洗涤过滤液通过调ｐＨ、浓缩和乙醇沉淀，再次过滤得到半纤维素组分；滤液通过回收乙醇，调ｐＨ静置沉淀，经离心后可获得木质素组分。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪章，孙付保，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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