一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1.预处理：将秸秆粉碎过筛，得秸秆粉，然后进行化学预处理；步骤S2.离子液体处理：取预处理后的秸秆粉，加入离子液体，混匀后于135～150℃加热4～6h，冷却，过滤，并用去离子水清洗，滤渣干燥，得离子液体处理后的秸秆粉；步骤S3.水解及发酵：将步骤S2处理后的秸秆粉先用去离子水润湿，然后加入含纤维素酶的缓冲溶液，再加入甜酒曲，35℃水浴恒温发酵2天，过滤并用去离子水清洗5～6次，收集滤液，并蒸馏，得秸秆乙醇。本发明专利技术提供的离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，能提高预处理的效果，提高乙醇的得率和转化，并且步骤简单，适合工业化生产。

A method of straw ethanol preparation assisted by ionic liquid

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法
本专利技术涉及乙醇生产
，特别涉及一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法。
技术介绍
乙醇是一种高效能、清洁、安全、可再生的燃料，也是重要的化工原料，其应用十分广泛。传统的乙醇生产方法是以淀粉质为原料，成本太高，并且占用粮食资源。目前有利用高木质纤维含量的农林废弃作物作为原料生产乙醇，不仅能缓解农林废弃作物对环境的污染，又能减轻燃料生产对粮食的依赖。我国的农林废弃作物原料非常丰富，包括农作物秸秆、林业纤维废料和工业纤维废渣，来源广泛，数量巨大，总量高达20亿吨，光农作物秸秆就有7亿多吨。因此，开发相应技术将高木质纤维含量的农林废弃作物水解发酵生产乙醇，这对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。农业废弃物、草等秸秆类废弃物主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素等，通过水解发酵，可将纤维素和半纤维素转化为乙醇。现有技术中，秸秆转化乙醇工艺又称为纤维素燃料乙醇工艺，主要包括：原料预处理、纤维素和半纤维素水解糖化，五碳糖与六碳糖的发酵，蒸馏脱水等工艺步骤，其中，预处理和水解则是影响木质纤维素转化乙醇的关键步骤。现有的预处理方法包括物理法、化学法、生物法，通过预处理以除去其中的木质素，提高后续水解效率。其中化学法处理是目前常用的方法，通常采用加酸、加减或湿氧化，但现有预处理方法均存在木质素去除不完全，导致后续水解效率低的问题。另外，现有技术中水解方法通常采用酸水解和酶水解法，酸水解存在生产对发酵有抑制作用的有机酸、酚类和醛类化合物，而酶水解存在酶活性低，成本高的缺陷。可见，现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，旨在解决现有技术中秸秆乙醇生产过程中，预处理和水解效果不佳，时间长、乙醇转化率不高的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤S1.预处理：将秸秆粉碎过筛，得秸秆粉，然后进行化学预处理；步骤S2.离子液体处理：取预处理后的秸秆粉，加入离子液体，混匀后于135～150℃加热4～6h，冷却，过滤，并用去离子水清洗，滤渣干燥，得离子液体处理后的秸秆粉；步骤S3.水解及发酵：将步骤S2处理后的秸秆粉先用去离子水润湿，然后加入含纤维素酶的缓冲溶液，再加入甜酒曲，35℃水浴恒温发酵2天，过滤并用去离子水清洗5～6次，收集滤液，并蒸馏，得秸秆乙醇。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述离子液体为醇胺类离子液体，包括三乙醇胺乳酸、三乙醇胺乙酸、三乙醇胺甲酸中的一种。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述步骤S2中，所述离子液体的添加量为20～40mL/g秸秆粉。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述步骤S1中，所述化学方法包括酸处理、碱处理及湿氧化处理中的一种。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述湿氧化处理包括步骤：按固液比为6∶100取秸秆粉和去离子水，搅拌混合，然后置于含2g/L的Na2CO3溶液的高压蒸汽锅中，150℃、0.165MPa处理30～50分钟，冷却至室温，抽滤干燥，得湿氧处理品。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述酸处理包括步骤：将秸秆粉与1％的H2SO4溶液按1g∶30mL的固液比进行混合，沸石浴中超声20～30min，用1％的NaOH溶液调pH值至中性,过滤，用水洗，抽滤干燥，得酸处理品。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述步骤S3中，所述缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液，且缓冲溶液的pH值为4.8。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述步骤S3中，所述缓冲溶液中纤维素酶的浓度为0.01g/L。所述离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法中，所述步骤S3中，所述甜酒曲的添加量为秸秆粉重量的10％。有益效果：本专利技术提供了一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，所述方法采用离子液体辅助预处理，使得木质素的去除较全面彻底，同时，采用酶解和发酵同步进行的方式，缩短了反应时间，提高了转化效率。与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)采用离子液体辅助预处理，所述离子液体为醇胺类离子液体，能进一步破坏纤维素的晶型结构，改进纤维素酶与纤维素生物质有效接触，提高酶水解速率和得糖率，从而提高纤维乙醇的得率及转化率。并且醇胺类离子液体具有无毒无害、稳定性好、易于合成、回收的特点，且原料来源广、价格便宜，能够大大提高了纤维乙醇生产工业化可能性。(2)所述酸处理和碱处理的过程中均采用超声处理进行反应，能缩短一半的时间，提高预处理的效率。(3)采用酶解和发酵同步进行的方式，一方面能减轻酶解产物对酶的抑制作用，提高酶的活性，另一方面能减少酶的用量，降低成本，再者酶解和发酵同时进行，能缩短反应时间，提高发酵产率。具体实施方式本专利技术提供一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，所述方法主要针对高木质纤维含量的农作物秸秆，包括玉米、小麦、水稻等农作物秸秆，特别针对玉米秸秆，具体包括以下步骤：步骤S1.预处理：将秸秆粉碎后过40目筛，得秸秆粉，然后进行化学方法预处理。所述化学预处理包括酸处理、碱处理及湿氧化处理中的一种，其中，所述酸处理和碱处理过程中均采用了超声的方式进行反应；步骤S2.离子液体处理：取预处理后的秸秆粉，加入离子液体，混匀后于135～150℃加热4～6h，然后冷却，过滤，并用去离子水清洗，滤渣干燥，得离子液体处理后的秸秆粉；步骤S3.水解及发酵：将步骤S2处理后的秸秆粉先用去离子水润湿，然后加入含纤维素酶的缓冲溶液，再加入甜酒曲，35℃水浴恒温发酵2天，过滤并用去离子水清洗5～6次，收集滤液，并蒸馏，得秸秆乙醇。通过上述方法，可将秸秆制备得到乙醇，所述方法在预处理过程中，采用超声处理，从而使得预处理的时间大大的缩短，而预处理步骤后加入离子液体处理环节，使得秸秆中的木质素的去除率提高，进而提高水解效率；另外，本方法采用水解和发酵步骤同步进行的方式，一方面能减轻酶解产物对酶的抑制作用，提高酶的活性，另一方面能减少酶的用量，降低成本，再者酶解和发酵同时进行，能缩短反应时间，提高发酵产率。所述方法简单易行，易于实现，无需特殊的设备，且成本低，耗时短。上述制备方法中，所述步骤S1中，所述化学预处理包括酸处理、碱处理及湿氧化处理中的一种。由于木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，纤维素和半纤维素之间靠氢键结合，半纤维素和木质素之间靠氢键和化学键结合。木质素的存在导致纤维素结构十分紧密，使得纤维素的生物降解难以进行，因此需要经过预处理去除部分或全部木质素。本方法所述酸处理、碱处理及湿氧化处理均为化学处理方法，能打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤S1.预处理：将秸秆粉碎过筛，得秸秆粉，然后进行化学预处理；/n步骤S2.离子液体处理：取预处理后的秸秆粉，加入离子液体，混匀后于135～150℃加热4～6h，冷却，过滤，并用去离子水清洗，滤渣干燥，得离子液体处理后的秸秆粉；/n步骤S3.水解及发酵：将步骤S2处理后的秸秆粉先用去离子水润湿，然后加入含纤维素酶的缓冲溶液，再加入甜酒曲，35℃水浴恒温发酵2天，过滤并用去离子水清洗5～6次，收集滤液，并蒸馏，得秸秆乙醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1.预处理：将秸秆粉碎过筛，得秸秆粉，然后进行化学预处理；
步骤S2.离子液体处理：取预处理后的秸秆粉，加入离子液体，混匀后于135～150℃加热4～6h，冷却，过滤，并用去离子水清洗，滤渣干燥，得离子液体处理后的秸秆粉；
步骤S3.水解及发酵：将步骤S2处理后的秸秆粉先用去离子水润湿，然后加入含纤维素酶的缓冲溶液，再加入甜酒曲，35℃水浴恒温发酵2天，过滤并用去离子水清洗5～6次，收集滤液，并蒸馏，得秸秆乙醇。


2.根据权利要求1所述的离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其特征在于，所述离子液体为醇胺类离子液体，包括三乙醇胺乳酸、三乙醇胺乙酸、三乙醇胺甲酸中的一种。


3.根据权利要求1所述的离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述离子液体的添加量为20～40mL/g秸秆粉。


4.根据权利要求1所述的离子液体辅助制备秸秆乙醇的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述化学预处理包括酸处理、碱处理及湿氧化处理中的一种。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘弋潞，周子凡，王春燕，梁秋志，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44