一种提高生物油中糖含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高生物油中糖含量的方法，包括以下步骤：将生物质材料与酸溶液混合，于温度≤70℃下搅拌，静置，对生物质材料进行酸洗预处理，固液分离，洗涤，干燥，得到酸洗生物质材料；对酸洗生物质材料进行热解处理，得到高糖含量的生物油。本发明专利技术方法中，经过酸洗预处理后进行热解处理，提高了生物油的收率和糖含量，其中糖含量由2.8％提高到51.52％，产率由24.74wt.％提高到30.18wt.％，克服了现有热解方法中生物油产量低、含糖量低等缺陷，具有工艺简单、操作方便、条件温和等优点，适合于大规模制备高品质生物油，对于提升生物油品质和推动生物质材料的资源化利用效率具有十分重要的意义。分重要的意义。分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提高生物油中糖含量的方法


[0001]本专利技术属于液体燃料领域，涉及一种提高生物油中糖含量的方法，具体涉及一种利用酸洗预处理提高生物油中糖含量的方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程地不断推进以及人民生活水平的提高，能源的消耗在世界范围内逐年递增。然而，在当今的世界能源产业结构中，传统的化石燃料仍然是能源的主要来源，而传统化石燃料储量的减少以及燃料使用带来的环境问题越来越不可忽视，生产可持续、可再生的替代能源已成为全球不可避免的问题。有机物含量丰富，且储量巨大的生物质废弃物由此进入了研究者们的视野。从废弃物处理的角度看，开发某种有效合理的能源转化技术，使生物质废弃物能够作为原料生产化学品，以用来作为能源供体来替代传统燃料，不但为生物质废弃物的处理处置提供了一条有效途径，也能帮助解决能源利用的问题。
[0003]多数生物质废弃物是由纤维素、半纤维素和木质素组成的生物复合材料，其中纤维素半纤维素的解聚和转化是生物质材料能源化利用的关键问题。通过一定的方法，使它们发生裂解转化为可进一步利用的生物油，而生物油中的糖类具有很高的市场价格，是生产高附加值化学品和药物添加剂的重要多功能产品。例如可发酵的糖类物质可以被微生物利用产生酒精。目前，从生物质中回收有机物的常见方法是酶水解，是通过添加生物酶使纤维素和半纤维素水解，得到含糖量丰富的生物油，然而，该方法水解速率缓慢、且通常需要投加多种酶混合作用导致成本较高，这些缺点都不利于该技术的发展。
[0004]热解技术是从生物质废弃物中回收有机物进行能源化利用的新技术，热解技术不仅资金成本低于生化途径，并且操作过程更加简单，可以在不使用酶或催化剂的情况下，在450
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550℃下快速将生物质充分分解，得到固体产品(生物炭)、液体产品(生物油)、气体产品(不可凝气体)。但由生物质原料直接热解所得的生物油组分十分复杂，与基于单一纤维素馏分的理论收率相比，生物质直接热解产生的糖量非常少，并且原料的纤维素纯度、物理性质以及实验条件等因素都会对生物油组分造影响。除此之外，由于生物质中自身含有的碱金属和碱土金属(AAEMs)具有一定的催化作用，在热解过程中会催化有机物分解形成更多的小分子化合物，导致生物油产率的下降，也不利于生物油中糖类产物的生成。热解技术中还包括微波裂解技术，如采用“在酸性条件下蒸汽爆破+在微波助剂和催化剂下微波热解”的方式制备生物油，由于蒸汽爆破是在高温高压(温度为180℃
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200℃，压力为0.5
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1.0MpPa)条件下进行的，这样的处理条件会改变原料的有机组分结构，使一些低热稳定性的物质分解，导致生物油产率降低，也会导致生物油中的糖含量降低；同时，对生物质材料进行蒸汽爆破时酸中的含硫和氮成分容易残留在固体中，容易导致生物油中硫和氮的含量增加，制约了生物油的清洁利用；此外，为了提高微波热解过程中生物质的升温速率，不仅需要有效利用生物质本身的微波吸收因子(水、微量元素Na
+
和K
+
等)，还需要额外添加微波添加剂和催化剂，但是无论是生物质本身的微波吸收因子，还是后续额外添加的微波添加剂和催化剂，它们均会影响生物油的产率，其中在上述条件下对生物质材料进行微波热解
时，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等直接热解的产物在微波热解的高温高压环境中还易发生二次裂解，产生更多的小分子物质，导致生物气产率增加，最终使得生物油的产量较低。因此，获得一种工艺简单、操作方便的提高生物油产率和含糖量的方法，对于提升生物油的品质以及有效推动生物质资源化利用的进一步发展具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、条件温和的提高生物油中糖含量的方法，不仅能有效提高生物油中的糖含量，提升生物油品质，而且还能提高生物油的产量，利用有效推动生物质资源化利用进一步发展。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种提高生物油中糖含量的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将生物质材料与酸溶液混合，于温度≤70℃下搅拌，静置，对生物质材料进行酸洗预处理，固液分离，洗涤，干燥，得到酸洗生物质材料；
[0009]S2、对步骤S1中得到的酸洗生物质材料进行热解处理，得到高糖含量的生物油。
[0010]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述搅拌在温度为15℃～50℃下进行。
[0011]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述搅拌的时间为2h～5h；所述静置的时间为0.5h～1h。
[0012]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述生物质材料与酸溶液的质量体积比为1g∶10mL；所述酸溶液为盐酸、硫酸、甲酸、乙酸中的任意一种；所述酸溶液的质量分数为1％～7％。
[0013]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述酸溶液的质量分数为3％～4％。
[0014]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述生物质材料为稻壳；所述生物质材料在使用之前还包括：将生物质材料破碎至≤60目。
[0015]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述固液分离为对酸洗预处理产物进行抽滤；所述洗涤为采用水对固液分离产物进行清洗，直至洗涤液的pH值为7；所述干燥在温度为85℃～105℃下进行；所述干燥的时间为24h～48h。
[0016]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述热解处理在氮气保护下进行；所述热解处理过程中的升温速率为10℃/min；所述热解处理的温度为550℃；所述热解处理的时间为30min。
[0017]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述热解处理后还包括以下处理：以氮气或氩气为载气将热解处理中产生的气体产物输送至有机溶剂中冷凝，蒸发去除所得冷凝液中的有机溶剂，收集得到高糖含量的生物油。
[0018]上述的提高生物油中糖含量的方法，进一步改进的，所述有机溶剂为丙酮；所述冷凝在冰水浴条件下进行；所述蒸发的温度为57℃。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0020](1)针对现有热解方法中因生物质材料中含有碱金属和碱土金属(AAEMs)而导致的生物油产率低、含糖量低等缺陷，本专利技术创造性的提出了一种提高生物油中糖含量的方
法，通过将生物质材料与酸溶液混合在温度≤70℃下进行酸洗预处理，不仅有效去除了生物质材料中的大部分AAEMs，消除了AAEMs对后续热解处理所带来的不利影响，并且在温度较为温和的条件下去除AAEMs，对生物质材料原有的有机组分和结构的影响最小，能够最大程度的降低生物质的损失量，经热解处理后能够将更多的生物质转化成糖，从而获得高糖含量的生物油。与直接对生物质材料进行热解处理的常规方法相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将生物质材料与酸溶液混合，于温度≤70℃下搅拌，静置，对生物质材料进行酸洗预处理，固液分离，洗涤，干燥，得到酸洗生物质材料；S2、对步骤S1中得到的酸洗生物质材料进行热解处理，得到高糖含量的生物油。2.根据权利要求1所述的提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌在温度为15℃～50℃下进行。3.根据权利要求2所述的提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的时间为2h～5h；所述静置的时间为0.5h～1h。4.根据权利要求1～3中任一项所述的提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物质材料与酸溶液的质量体积比为1g∶10mL；所述酸溶液为盐酸、硫酸、甲酸、乙酸中的任意一种；所述酸溶液的质量分数为1％～7％。5.根据权利要求4所述的提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，步骤S1中，所述酸溶液的质量分数为3％～4％。6.根据权利要求4所述的提高生物油中糖含量的方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物质材料为稻壳；...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟云波，邱祯姿，刘雅丽，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：