專利名稱：一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法。
背景技術(shù)：
實現(xiàn)生物質(zhì)中纖維素有效水解的生物質(zhì)預(yù)處理是目前生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵，而能夠直接分解木質(zhì)素和半纖維素的微生物作用速度都相對較慢。直接使用纖維素酶進行酶法處理，不能有效的水解秸稈中的纖維素；制漿造紙采用的堿法可以有效的除去木質(zhì)素，但由此帶來的廢水污染很嚴重，必須高成本回收，半纖維素也受到破壞；酸法容易產(chǎn)生抑制酵母菌生長的呋喃和小分子酸等物質(zhì)；汽爆法成本高，產(chǎn)物復(fù)雜，有焦油形成。低濃度堿液可以在室溫下快速溶脹木質(zhì)素含量較低的秸稈和草，例如可以很有效的降低秸稈的結(jié)晶度，促進分離其中的纖維素和半纖維素，促進生物酶水解纖維素和半纖維素。但因為處理過程中加入了堿，使成本有所增加，且回收利用成本和低濃度的堿法脫木素的的效率不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種減少成本投入并有效防止環(huán)境污染的生物質(zhì)預(yù)處理的化學(xué)方法，提高生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理效率。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為 一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于
在粉末狀的生物質(zhì)中加入堿溶液后攪拌均勻，加入的堿液量達到浸潤、淹沒生物質(zhì)裝填界面為準，室溫至50°C下保持12-100小時；
再加入過量的有機酸直至微顯酸性，室溫至50°C下繼續(xù)保持12-100小時，然后過濾， 自然干燥或者烘干，加入纖維素酶水解。所述的步驟三中所述的堿為NaOH。所述的步驟三中所述的有機酸為檸檬酸。所述的生物質(zhì)為秸稈、草或木材。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的預(yù)處理過程中采用先堿后酸的運行步驟；無需高壓、高溫的運行條件；不產(chǎn)生造紙黑液和抑制酵母菌乙醇發(fā)酵的次生物質(zhì)；在中和剩余的堿時，加入過量的有機酸，不僅中和了剩余的堿，同時進行了酸法的二次脫木素，有機酸可以減少木質(zhì)素同纖維素酶的結(jié)合，生成的檸檬酸鈉鹽和檸檬酸形成的緩沖液為纖維素酶所需的緩沖液；成本低廉，步驟簡單，操作方便。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明所涉及的生物質(zhì)預(yù)處理方法具體包括以下生產(chǎn)工藝步驟粉碎秸稈、草和木材等纖維素類生物質(zhì)一除去異物一堿、酸水解一分離提取纖維素一纖維素酶水解纖維素。該預(yù)處理方法設(shè)置了先堿后酸的處理步驟。首先，直接單一使用NaOH預(yù)處理，殘留的NaOH用過量檸檬酸中和，中和堿以后剩余的檸檬酸可再一次發(fā)揮酸法脫木素作用，通過兩次脫木素后獲得的纖維素易于被纖維素酶水解。在NaOH脫木素過程中，已經(jīng)脫離纖維素和半纖維素的木質(zhì)素會自行縮合成為新的、更大分子的縮合木質(zhì)素，及時加入檸檬酸有助于阻止這一變化出現(xiàn)。檸檬酸有助于減少纖維素酶和木質(zhì)素結(jié)合，增加和纖維素的結(jié)合， 檸檬酸也有助于除去硫化物和多余的金屬離子。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液是纖維素酶作用需要的條件。本發(fā)明所利用的化學(xué)制漿造紙脫木素技術(shù)，即NaOH脫木素技術(shù)，是較為有效的脫木素技術(shù)。以低濃度NaOH法脫木素，可避免產(chǎn)生有毒有害的黑液；單一使用NaOH脫木素容易導(dǎo)致纖維素水解，因而需另外添加保護纖維素的物質(zhì)例如硫化物和蒽醌等；無需高壓、高溫的反應(yīng)條件。和制漿造紙的脫木素相比，生物質(zhì)乙醇發(fā)酵的預(yù)處理目的是要松弛生物質(zhì)各組分之間的天然結(jié)構(gòu)，為酶法水解其中的纖維素和半纖維素成為可以發(fā)酵生成乙醇的單糖提供條件，木質(zhì)素可以在不影響多糖水解和發(fā)酵狀態(tài)下繼續(xù)留在水解液和發(fā)酵液中，直到最后進行回收利用。實施例1
將小麥秸稈充分干燥，除去塵土、金屬、塑料等異物，切割粉碎成為粉末狀，取50g放入到耐酸堿容器中，加入0.5 L、濃度為1% (W/V)NaOH溶液后攪拌均勻，室溫下保持12小時， 再加入濃度為1% (W/V)檸檬酸直至微顯酸性，室溫下繼續(xù)保持12小時，然后過濾，自然干燥或者烘干。濾渣為獲得的纖維素粗品，用于后續(xù)纖維素酶解。濾液經(jīng)過蒸干除去水分，進一步用于提取木質(zhì)素和鹽。實施例2:
將小麥秸稈充分干燥，除去塵土、金屬、塑料等異物，切割粉碎成為粉末狀，取50g放入到耐酸堿容器中，加入0.5 L、濃度為3% (W/V)NaOH溶液后攪拌均勻，35°C下保持M小時， 再加入濃度為3% (W/V)檸檬酸直至微顯酸性，35°C下繼續(xù)保持M小時，然后直接用于后續(xù)纖維素酶水解。濾液經(jīng)過蒸干除去水分，進一步用于提取木質(zhì)素和鹽。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于在粉末狀的生物質(zhì)中加入堿溶液后攪拌均勻，加入的堿液量達到浸潤、淹沒生物質(zhì)裝填界面為準，室溫至50°c下保持12-100小時；再加入過量的有機酸直至微顯酸性，室溫至50°C下繼續(xù)保持12-100小時，然后過濾， 自然干燥或者烘干，加入纖維素酶水解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于所述的堿為NaOH。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于所述的有機酸為檸檬酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于所述的生物質(zhì)為秸稈、草或木材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法。目前能夠直接分解木質(zhì)素和半纖維素的微生物作用速度都較慢，而酶法處理不能有效的水解秸稈中的纖維素；制漿造紙采用的堿法會形成廢水污染，需高成本回收，半纖維素也受到破壞；酸法容易產(chǎn)生抑制酵母菌生長的呋喃和小分子酸等物質(zhì)；汽爆法成本高，產(chǎn)物復(fù)雜，有焦油形成。本發(fā)明在生物質(zhì)預(yù)處理的過程中采用先堿后酸的運行步驟；無需高壓、高溫的運行條件；不產(chǎn)生造紙黑液和抑制酵母菌乙醇發(fā)酵的次生物質(zhì)；在中和剩余的堿時，加入過量的有機酸，不僅中和了剩余的堿，同時進行了酸法的二次脫木素，加入的有機酸也減少了木質(zhì)素同纖維素酶的結(jié)合；成本低廉，步驟簡單，操作方便。
文檔編號C12P19/14GK102181506SQ20111004695
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者王聯(lián)結(jié) 申請人:陜西科技大學(xué)