木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法。所述方法将粉碎后的木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂加入密化机器中，一同密化成密化生物质，并且密化生物质可直接或进行加热处理后再进行生物转化，生产目标化学品。本发明专利技术通过在木质纤维素原料密化过程中添加无机盐和酸性试剂，破坏木质纤维素原有结构，在后续运输、储存过程中可防止原料霉变且实现一定程度的预处理效果，有助于降低进一步预处理的严苛程度。本发明专利技术得到的致密木质纤维素原料可获得超过90％的酶促糖化效率，且密化生物质在不水洗不脱毒的条件下可发酵性好。件下可发酵性好。件下可发酵性好。

【技术实现步骤摘要】
木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法


[0001]本专利技术属于生物炼制
，涉及一种木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法。

技术介绍

[0002]纤维素乙醇被认为是最有前途的可再生燃料之一，其在能源安全和环境可持续性方面发挥非常重要的作用。农业废弃物被认为是最具开发潜力的生物质资源之一，不仅储量丰富且成本低廉，是用于生产木质纤维素乙醇和其它生物基产品的重要原料。木质纤维素结构的顽固性是阻碍酶促转化和生物转化的主要原因，为了打破木质素
‑
碳水化合物复合物的顽固结构并提高水解效率，预处理是生物炼制过程中必不可少的步骤。传统的预处理方式为物理粉碎、机械研磨、酸/碱预处理、氨纤维爆破、热水处理、有机溶剂等，大多存在预处理条件苛刻高、能耗大、产生的有毒降解产物多等问题。因此，开发高效低成本、有毒降解产物少的新型预处理技术是亟待解决的问题。
[0003]众所周知，农业废弃物形态疏松、堆积密度低，其在运输、储存和预处理过程中需要占用大量空间，这导致松散生物质的物流和预处理成本较高。此外，农业废弃物容易滋生微生物(如霉菌)，在潮湿的环境中这种现象更严重，这导致生物质成分被霉变降解，使得生物质的有效成分损失且后续处理困难。中国专利CN104284983A公开了一种将生物质先进行化学预处理再将处理后的生物质密化成颗粒的工艺，此工艺可得到致密的化学处理后的生物质颗粒，提高了生物质原料的堆积密度，可显著节省运输和储存空间。但是先化学预处理再密化工艺中的化学预处理过程的原料仍为松散生物质，这导致处理过程依旧存在松散生物质预处理过程诸如高严苛度、低预处理装载量、产生大量有毒降解抑制物等的不利影响因素，这些限制因素严重损害了木质纤维素生物炼制的经济性。另外，由于化学预处理基本都需要在水含量较高的情况下进行，因此化学预处理后往往需要将生物质烘干后再进行密化，能耗较高。
[0004]本专利技术的专利技术人所在团队通过将木质纤维素生物质与酸试剂一同进行密化操作(Densifying lignocellulosic biomass with acidic chemicals，简称为DLC酸预处理)，酸试剂渗透到生物质中并与内部成分充分发生反应，使生物质的结构部分被破坏，显著降低预处理苛刻度的同时可大幅度提升预处理效果，从而有利于后续生物转化过程。此外，致密生物质原料中的酸性试剂能够有效避免原料被微生物侵染而造成成分损失(X.Yuan,X.Chen,et al.Densifying lignocellulosic biomass with sulfuric acid provides a durable feedstock with high digestibility and high fermentability for cellulosic ethanol production.Renewable Energy,2022,182:377
‑
389.)。尽管如此，DLCA酸预处理的生物质(DLC预处理的生物质经过121℃的蒸汽热处理)的酶促葡萄糖得率为80％左右，仍有进一步提高的潜力。此外，DLC酸预处理过程的酸用量也需要进一步减少，以减轻对设备的腐蚀和提高操作的安全性。
[0005]无机盐预处理是一种较为新颖的预处理方法，与酸性/碱性化学试剂处理相比，其
相对廉价、腐蚀性低，对纤维素有较好的解聚效果。然而，传统无机盐预处理大多需要在液体浸泡环境下进行，处理过程的无机盐用量较高，且所用的原料为松散生物质导致预处理装载量较低；此外，在预处理后，通常需要进行固液分离或水洗操作来去除并回收预处理生物质中的无机盐，这显著增加了无机盐预处理的成本(P.Moodley,Y.Sewsynker
‑
Sukai,E.B.Gueguim Kana,Progress in the development of alkali and metal salt catalysed lignocellulosic pretreatment regimes:Potential for bioethanol production,Bioresource Technology,310,2020,123372.)。因此，降低无机盐预处理过程的试剂用量，提高预处理固含量同时获得良好的处理效果，这有利于降低预处理成本、提高生物炼制过程的经济性。

技术实现思路

[0006]针对传统生物炼制行业存在的原料物流成本高、预处理能耗大、生物转化效率低等问题，本专利技术提供一种木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法，通过在密化过程中添加无机盐和酸性试剂实现对木质纤维素原料进行预处理。相比于DLC酸预处理和传统无机盐预处理，本专利技术在降低酸性试剂和无机盐用量的同时，实现了高固含量的生物质预处理，此外，大幅提升了木质纤维素糖转化率和发酵产品得率。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法，具体为：
[0009]将粉碎后的木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂加入密化机器中，一同密化成密化生物质。
[0010]本专利技术所述的木质纤维素原料为本领域常规使用的含木质纤维素的生物质原料，选自小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大麦秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、林业废料、回收木浆纤维、木屑、软木、硬木、水草、水生植物、藻类以及动物粪便中的一种或者多种。
[0011]本专利技术所述的无机盐为本领域木质生物素原料无机盐预处理方法常规使用的无机盐，选自金属无机盐或者非金属无机盐，更优选为金属无机盐。
[0012]本专利技术所述的金属无机盐选自氯化锂、氯化钠、氯化铁、氯化亚铁、氯化铝、氯化钾、氯化镁、氯化锌、氯化钴、氯化镍、氯化钙、氯化铜、硫酸锂、硫酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸钴、硫酸镍、硝酸锂、硝酸钠、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸铝、硝酸钾、硝酸镁、硝酸锌、硝酸铜、硝酸钙、硝酸钴、硝酸镍、溴化锂、溴化钠、溴化铁、溴化亚铁、溴化铝、溴化钾、溴化镁、溴化锌、溴化铜、溴化钴、溴化镍、碘化钠、碘化钾、碘化铝、碘化镁、碘化锌、碘化铜、碘化钴、碘化镍、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸镁、磷酸锌、磷酸铜、磷酸钾、磷酸钴、磷酸镍、磷酸氢钠、硫化锂、硫化钠、硫化钾、硫化镁、硫化锌、硫化铁、硫化铝等中的一种或多种。
[0013]本专利技术所述的非金属无机盐选自氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、溴化铵、碘化氨、磷酸铵等中的一种或多种。
[0014]本专利技术所述的酸性试剂为本领域木质生物素原料酸性预处理方法常规使用的酸性试剂，选自硫酸、盐酸、硝酸、亚硝酸、磷酸、亚硫酸、高氯酸、氯酸、亚氯酸、次氯酸、氢溴酸、氢碘酸、草酸、柠檬酸、乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸、苯乙酸、苯磺酸、乙二酸、丁二酸、硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、碳酸等中的一种或多种。
[0015]优选地，无机盐用量为木质纤维素质量的0.01％～10.0％，酸性试剂用量为木质纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂一同密化的预处理方法，其特征在于，具体为：将粉碎后的木质纤维素原料、无机盐和酸性试剂加入密化机器中，一同密化成密化生物质。2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述的木质纤维素原料选自小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大麦秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、林业废料、回收木浆纤维、木屑、软木、硬木、水草、水生植物、藻类以及动物粪便中的一种或者多种；所述的无机盐选自金属无机盐或者非金属无机盐。3.根据权利要求2所述的预处理方法，其特征在于，所述的金属无机盐选自氯化锂、氯化钠、氯化铁、氯化亚铁、氯化铝、氯化钾、氯化镁、氯化锌、氯化钴、氯化镍、氯化钙、氯化铜、硫酸锂、硫酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸钴、硫酸镍、硝酸锂、硝酸钠、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸铝、硝酸钾、硝酸镁、硝酸锌、硝酸铜、硝酸钙、硝酸钴、硝酸镍、溴化锂、溴化钠、溴化铁、溴化亚铁、溴化铝、溴化钾、溴化镁、溴化锌、溴化铜、溴化钴、溴化镍、碘化钠、碘化钾、碘化铝、碘化镁、碘化锌、碘化铜、碘化钴、碘化镍、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸镁、磷酸锌、磷酸铜、磷酸钾、磷酸钴、磷酸镍、磷酸氢钠、硫化锂、硫化钠、硫化钾、硫化镁、硫化锌、硫化铁、硫化铝中的一种或多种；非金属无机盐选自氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、溴化铵、碘化氨、磷酸铵等中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述的酸性试剂选自硫酸、盐酸、硝酸、亚硝酸、磷酸、亚硫酸、高氯酸、氯酸、亚氯酸、次氯酸、氢溴酸、氢碘酸、草酸、柠檬酸、乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸、苯乙酸、苯磺酸、乙二酸、丁二酸、硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、碳酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的预处理方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：金明杰，袁鑫川，沈冠男，许召贤，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：