【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质精炼，具体为一种基于木质素优先的生物质的分级利用方法。
技术介绍
1、生物质能作为唯一能直接转换为液体燃料的可再生能源，可通过生物、化学、热化学等技术转化，具有广阔的应用前景。木质纤维素类生物质是一种可再生和非粮的有机材料，其主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素，在可持续生产液体燃料和化学品方面具有巨大潜力。
2、木质纤维结构的复杂性限制了木质纤维素类生物质的全组分高值化利用。传统的生物精炼产业聚焦于碳水化合物的分离、纯化、转化与利用，由于反应条件苛刻，原生木质素容易发生缩聚，形成化学性质顽固、难转化的工业木质素，往往只能作为废物燃烧。亟需开发能够使木质纤维素类生物质的各组分都充分发挥价值的生物精炼方法。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供了一种基于木质素优先的生物质分级利用方法，能够有效抑制木质素大分子间的缩合反应，显著降低了木质素及其衍生物后续转化的难度，木质素及其衍生物催化转化得到烃类化合物、固体残余物通过糖化发酵制备生物醇，实现了木质纤维素类生物质的全组分利用。
2、本专利技术提供一种基于木质素优先的生物质分级利用方法，包括以下步骤：
3、木质素组分优先分离步骤：将木质纤维素类生物质进行预处理得到固体残余物、木质素及其衍生物；
4、木质素及其衍生物催化转化步骤：采用催化热化学转化技术，将木质素及其衍生物经过一步或两步过程转化为烃类化合物；
5、固体残余物酶解发酵步骤，将木质素组分优先
6、根据该技术方案，基于木质素优先分离的生物质分级利用方法，能够有效抑制木质素大分子之间的缩合反应，显著降低木质素及其衍生物后续转化的难度；木质素及其衍生物通过催化转化为烃类化合物，提高了木质纤维素类生物质的利用价值；固体残余物在木质素组分优先分离步骤中不参与反应，降低了木质素分离的难度，且分离木质素组分后的残余物中木质素的含量降低，在后续糖化、发酵步骤中，降低木质素组分对纤维素酶的无效吸附，有利于固体残余物进行糖化、发酵制备高产量的生物醇，进一步提高了木质素含量高的林业生物质资源的全组分转化利用效率；需要说明的是，催化热化学转化技术，指的是催化剂与热化学转化的结合，热化学转化是指燃料热转化，是利用煤炭、石油、天然气、生物质、有机废弃物等碳氢基燃料的主要技术途径，表观表现为燃烧、气化、热解/碳化、重整/裂解、还原/氧化解聚等不同的转化过程。
7、本专利技术的可选技术方案中，在木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
8、木质素优先分馏解聚步骤：将木质纤维素类生物质、有机溶剂及催化剂加入反应容器内，并控制反应容器至规定温度、规定压力，木质纤维素类生物质在催化剂的作用下催化还原解聚得到预处理液和固体残余物；预处理液经过浓缩得到木质素衍生酚平台化合物，木质素衍生酚平台化合物为含氧芳香族单体化合物。
9、根据该技术方案，反应溶剂体系单一，因此更易于回收循环利用；同时解聚和分馏可以同时发生在同一反应容器中，相比较传统的分馏技术，其操作流程上更为简单便捷；此外，无需使用稀酸辅助，工艺更为安全环保。
10、本专利技术的可选技术方案中，在木质素组分优先分离步骤中，使用的催化剂为nimo/al2o3、ni/al2o3、mo/al2o3中的一种或多种，催化剂的负载量为3-9wt％，且催化剂的投入量为木质纤维素类生物质初始质量的0.05-0.15倍，规定温度为200-275℃，规定压力为0-4mpa。
11、根据该技术方案，在该温度、压力、催化剂种类、催化剂负载量、催化剂投入量参数下，木质素生物质直接催化解聚转化为木质素衍生酚平台化合物与固体残余物，转化难度低，木质素衍生酚平台化合物具有较高的收率以及高选择性。
12、本专利技术的可选技术方案中，在木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
13、萃取步骤：将木质纤维素类生物质、稀酸和低沸点有机溶剂加入反应容器中进行萃取，并控制反应容器内的温度和压力，萃取得到含有木质素及其衍生物的液相和固体残余物；
14、固体残余物洗涤步骤：采用低沸点有机溶剂洗涤固体残余物去除固体残余物表面残留的木质素及其衍生物；
15、木质素回收步骤：将含有木质素及其衍生物的液相与固体残余物洗涤步骤中的洗涤液混合并通过旋转蒸发浓缩、添加冰去离子水沉淀、过滤得到沉淀物，沉淀物为提取的有机溶剂木质素。
16、根据该技术方案，木质纤维素类生物质能够溶解于低沸点有机溶剂，通过稀酸辅助有机溶剂法以高产率提取高活性木质素及其衍生物，将预处理步骤和木质素及其衍生物催化转化步骤分开，灵活性更高；通过酸辅助有机溶剂萃取获得木质素及其衍生物，对于目标产物的分布具有更好的可控性，能够通过应用调控策略实现木质素原料到酚平台化合物的较高收率，然后从该酚单体平台化合物出发，通过优化反应体系和改变催化策略来实现加氢脱氧生产以芳香烃产物为主或环烷烃类产物为主的不同目的。通过采用低沸点有机溶剂洗涤固体残余物，能够提高木质素组分的收率，实现木质素精炼的同时提高全纤维素的利用率，且通过对固体残余物洗涤降低了固体残余物中木质素组分的含量，降低木质素组分对纤维素酶的无效吸附，有利于后续糖化、发酵的发生，提高生物醇的产率。此外，低沸点有机溶剂具有成本低、对环境友好、原料处理时间短等优点，且易于回收再利用，操作流程简单；且低沸点有机溶剂萃取过程中发挥稳定碳正离子中间体的作用。如，甲醇作为一种强亲核试剂能在预处理过程中保护β-o-4的α位形成的苄基碳正离子，即通过醚化作用在一定程度上防止木质素的再缩合反应。本方案中还通过通入氮气维持系统压力，安全性较佳。
17、本专利技术的可选技术方案中，在萃取步骤中，反应容器内的温度为120-180℃，压力为0-4mpa，低沸点有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮。
18、根据该技术方案，在该温度、压力条件下，采用低沸点有机溶剂萃取木质素及其衍生物具有较佳的萃取效果，有利于促进木质素组分的分离；采用甲醇、乙醇、丙酮等沸点低于100℃的低沸点有机溶剂，原料来源广泛，易于获取，且成本低，对环境友好，处理时间短。
19、本专利技术的可选技术方案中，在木质素及其衍生物催化转化步骤中，木质素及其衍生物经过一步过程转化为烃类化合物包括：
20、在低压氮气氛围下，木质素组分优先分离步骤中分离出来的有机溶剂木质素经过催化热解一步转化为烃类化合物；其中，催化热解在0-4mpa的氢气压力下进行，所使用的催化剂为nimo/al2o3、ni/al2o3、mo/al2o3中的一种或多种，反应温度为300-500℃。
21、根据该技术方案，有机溶剂木质素经过催化热分解即可一步转化为烃类化合物，转化难度低、缩短了烃类化合物的制备工序，提高制备效率，反应时间短、原料处理量大，易于实现连续生产，有利于节约成本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
3.根据权利要求2所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，使用的催化剂为NiMo/Al2O3、Ni/Al2O3、Mo/Al2O3中的一种或多种，所述催化剂的负载量为3-9wt％，且所述催化剂的投入量为木质纤维素类生物质初始质量的0.05-0.15倍，所述规定温度为200-275℃，所述规定压力为0-4MPa。
4.根据权利要求1所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
5.根据权利要求4所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在萃取步骤中，所述反应容器内的温度为120-180℃，压力为0-4MPa，所述低沸点有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮。
6.根据权利要求4所述的基于木质
7.根据权利要求2所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素及其衍生物催化转化步骤中，将所述木质素及其衍生物经过一步过程转化为烃类化合物包括：
8.根据权利要求4所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素及其衍生物催化转化步骤中，所述木质素及其衍生物经过两步过程转化为烃类化合物包括：
9.根据权利要求7或8所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素及其衍生物催化转化步骤中，
10.根据权利要求1所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，所述固体残余物通过分步糖化发酵得到所述生物醇，且在所述固体残余物酶解发酵步骤之前，还包括：调整固体残余物酶解发酵体系的pH至4.8-5.2。
...【技术特征摘要】
1.一种基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
3.根据权利要求2所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，使用的催化剂为nimo/al2o3、ni/al2o3、mo/al2o3中的一种或多种，所述催化剂的负载量为3-9wt％，且所述催化剂的投入量为木质纤维素类生物质初始质量的0.05-0.15倍，所述规定温度为200-275℃，所述规定压力为0-4mpa。
4.根据权利要求1所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在所述木质素组分优先分离步骤中，将木质纤维素类生物质进行预处理包括：
5.根据权利要求4所述的基于木质素优先的生物质分级利用方法，其特征在于，在萃取步骤中，所述反应容器内的温度为120-180℃，压力为0-4mpa，所述低沸点有...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆仲泱，钱潜，王凯歌，余春江，王树荣，周劲松，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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