、紙制品、木材、木材相關(guān)材料、碎料板、草、稻殼、 甘薦渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、禾桿、玉米忍、稻殼、挪須、藻類、海藻、棉花、 合成纖維素、或任意運(yùn)些的混合物。
[0038] 生物質(zhì)還包括纖維素纖維源，包括紙和紙制品（例如，聚合物涂覆紙和牛皮紙）， W及木質(zhì)纖維素纖維源，包括木材和木材相關(guān)材料例如碎料板。仍其它生物質(zhì)包括天然纖 維源，例如草，稻殼，甘薦渣，棉花，黃麻，大麻，亞麻，化劍麻，蕉麻，禾化玉米忍，稻殼，挪 須；α-纖維素含量高的纖維源，例如棉花擬及合成纖維源，例如壓紡絲（取向絲或非取向 絲）。天然或合成來源可得自原始廢織物材料例如余料，或者它們可W是用后廢料例如破 布。當(dāng)使用紙制品時(shí)，它們可W是新料例如廢新料，或者它們可W是用后廢料。除原始原料 夕F，還可使用用后廢料、工業(yè)廢料（例如殘料）和加工廢料（例如來自紙加工的流出物）。 此外，纖維來源可獲得自或衍生自人類廢料（例如污水）、動物廢料或植物廢料。其它生物 質(zhì)來源描述于美國專利No.6, 448, 307、6, 258, 876、6, 207, 729、5, 973, 035 和 5, 952, 105 中。
[0039]將木質(zhì)素與纖維素和/或半纖維素分離可耗時(shí)且花費(fèi)高。加工技術(shù)（包括例如研 磨和娠磨的方法）的效率可受到將木質(zhì)素與纖維素和半纖維素鍵合的強(qiáng)鍵的限制。
[0040] 許多加工方法（包括機(jī)械方法、暴露于福射、超聲處理或甚至一些化學(xué)加工步驟） 在材料中產(chǎn)生熱。雖然在一些實(shí)施方案中額外的過程熱可能是有利的，但是某些加工步驟 產(chǎn)生的大量熱也可導(dǎo)致纖維素和/或半纖維素的熱變，從而降低糖類、醇W及由纖維素和/ 或半纖維素制得的其它產(chǎn)物的產(chǎn)率。
[00川此外，W舉例方式，當(dāng)將木質(zhì)素加熱（例如通過加工步驟期間產(chǎn)生的過程熱）高于 其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，木質(zhì)素可變得較軟和更加可變形（例如不太脆），并因此更加難W加 工。
[0042]本文公開的方法使用冷卻技術(shù)，例如低溫冷卻技術(shù)，W例如確保材料加工期間不 發(fā)生不期望的熱分解，例如纖維素和/或半纖維素的熱分解。冷卻還可用于調(diào)節(jié)材料性能 W提高分離效率，例如木質(zhì)素與纖維素和/或半纖維素的分離效率。
[0043]特別地，本文公開的冷卻方法可單獨(dú)或組合使用W提高材料的脆性，從而使冷卻 的材料更易于通過一種或多種加工方法分離，所述加工方法例如一個(gè)或多個(gè)加工步驟（例 如研磨、娠磨、攬拌、磨蝕、短切、剪切），一個(gè)或多個(gè)福射加工步驟（例如暴露于帶電粒子例 如電子和/或離子），一個(gè)或多個(gè)超聲處理加工步驟，一個(gè)或多個(gè)化學(xué)加工步驟（例如使用 試劑例如酸、堿、氧化劑、還原劑和/或溶劑），和/或一個(gè)或多個(gè)熱加工步驟（例如在氧化 劑和/或其它試劑存在下和/或在減壓環(huán)境中熱解）。通過由冷卻提高材料的脆性，和改進(jìn) 冷卻材料可例如通過粉碎或分離進(jìn)行加工的效率，可降低加工成本（例如能量有關(guān)的加工 成本）并且可提高預(yù)期產(chǎn)物的產(chǎn)率。
[0044] 此外，當(dāng)冷卻多組分材料時(shí)，其不同組分將W不同速率和/或W不同量收縮和/或 膨脹。在某些實(shí)施方案中，該過程可導(dǎo)致材料中化學(xué)鍵的斷裂。例如，運(yùn)種冷卻行為可在鍵 合組分之間引入應(yīng)力，從而導(dǎo)致例如鍵合組分的分層、破裂、剝落、解離和分離的過程。其結(jié) 果是，組分可進(jìn)行分離的效率，和各種衍生自該材料的預(yù)期產(chǎn)物的產(chǎn)率，可得到提高或降低 或者保持平衡。
[0045] 單獨(dú)的冷卻或其與其它處理例如福照和/或氧化組合可用于控制纖維質(zhì)材料的 官能化，即材料上或內(nèi)部存在的官能團(tuán)。材料的官能化可提高溶解性和/或可分散性并且 可使材料更易于通過酶和/或微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
[0046] 在一些實(shí)施方案中，在材料經(jīng)處理后，每2個(gè)糖單元中約1個(gè)至每250糖單元中約 1個(gè)包括簇酸基或者其醋或鹽；而天然或未加工的基材可具有每300個(gè)糖單元小于1個(gè)簇 酸基。在其它實(shí)施方案中，每5個(gè)糖單元中約1個(gè)至每250個(gè)糖單元中約1個(gè)，例如每8個(gè) 單元中約1個(gè)至每100個(gè)單元中約1個(gè)，或者每10個(gè)單元中1個(gè)至每50個(gè)單元中約1個(gè)， 包括簇酸基或者其醋或鹽。
[0047] 在一些實(shí)施方案中，在經(jīng)福照的材料中每5個(gè)糖單元中約1個(gè)至每1500個(gè)糖單元 中約1個(gè)包括臘基、亞硝基或硝基。在其它實(shí)施方案中，每10個(gè)糖單元中約1個(gè)至每1000 個(gè)糖單元中約1個(gè)，例如，每25個(gè)單元中1個(gè)至每1000個(gè)單元中約1個(gè)，或者每35個(gè)單元 中1個(gè)至每750個(gè)單元中約1個(gè)包括臘基、亞硝基或硝基。
[0048] 在一些實(shí)施方案中，糖單元包括簇酸基、臘基、亞硝基和硝基的混合?；旌匣鶊F(tuán)可 增強(qiáng)纖維素材料或木質(zhì)纖維素材料的溶解性。經(jīng)處理的材料還可包括選自如下的官能團(tuán)： 醒基、酬基、氨基、烷基氨基、烷基、氯代烷基、氯氣烷基和締醇基。
[0049] 圖1顯示了生物質(zhì)加工系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括材料儲存單元102,第一 材料加工子系統(tǒng)104,冷卻管路106,第二材料加工子系統(tǒng)108,經(jīng)加工材料的儲器110,和冷 卻流體供給單元112。在工作期間，將膽存在儲存單元102中的材料通過管路114輸送到第 一材料加工子系統(tǒng)104。
[0050] 子系統(tǒng)104可包括各個(gè)不同的加工單元。例如，在一些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可 包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)械加工單元（例如研磨單元、攬拌單元、娠磨單元、磨蝕單元、短切單元、 剪切單元）。在某些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可包括一個(gè)或多個(gè)福射加工單元。福射加工單 元可包括帶電粒子源（例如，電子束源和/或離子源），其中將材料暴露于帶電粒子致使材 料改變。在一些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可包括一個(gè)或多個(gè)超聲處理單元，其中將材料暴露 于超聲波W使材料改變。在某些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可包括一個(gè)或多個(gè)熱解單元和/ 或一個(gè)或多個(gè)化學(xué)加工單元。在一些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可包括一個(gè)或多個(gè)蒸汽爆破 加工單元。在一些實(shí)施方案中，子系統(tǒng)104可包括運(yùn)些加工單元的一種或多種組合。
[0051] 一般而言，子系統(tǒng)104可包括任意一個(gè)上述加工單元或任意組合的多個(gè)上述加工 單元。通常對子系統(tǒng)104進(jìn)行配置W提供材料改變的初始階段，為進(jìn)一步的加工步驟做準(zhǔn) 備。在一些實(shí)施方案中，可W根本不存在子系統(tǒng)104,并且可W將材料從儲存單元102直接 傳輸?shù)嚼鋮s管路106。圖2顯示了不包括加工子系統(tǒng)104的材料加工系統(tǒng)的實(shí)施方案。圖 2中各部分已在上文關(guān)于圖1進(jìn)行了討論，它們的說明在此不加W重復(fù)。
[0052] 再次參考圖1，當(dāng)材料在子系統(tǒng)104中例如通過切害d、短切、剪切、切碎 (shredding)進(jìn)行加工后，將該材料通過管路116傳輸?shù)嚼鋮s管路106。冷卻流體供給單元 112通過管路120將冷卻流體（例如，液氮和/或冷卻的氮?dú)?，?或液氮和/或冷卻的氮 氣，和/或液氣和/或冷卻的氣氣，和/或固體％和/或液體C02,和/或液體空氣和/或 冷卻的氣態(tài)空氣）供給到冷卻管路106。將材料沿箭頭128所示的方向輸送通過冷卻管路 106。隨著材料移動通過管路106 (例如，通過運(yùn)輸裝置如傳送帶和/或螺旋加料器），材料 通過與冷卻流體供給單元112供給的冷卻流體熱交換得到冷卻。
[0053] 當(dāng)材料到達(dá)冷卻管路106的端部時(shí)，將材料輸送通過管路118至第二材料加工子 系統(tǒng)108。在一些實(shí)施方案中，如圖1中所示，冷卻流體供給單元112通過管路122向第二 子系統(tǒng)108供給冷卻流體。一般而言，第二加工子系統(tǒng)108可包括一個(gè)或多個(gè)本文公開的 與第一加工子系統(tǒng)104有關(guān)的任意加工單元。示例性的加工單元包括一個(gè)或多個(gè)例如W下 的加工單元：研磨、短切或剪切單元，福射加工單元，超聲處理加工單元，熱解加工單元，蒸 汽爆破加工單元，W及化學(xué)加工單元。可通過經(jīng)由管路124輸送流體使冷卻流體再循環(huán)用 于在冷卻管路106中進(jìn)一步使用。
[0054] 將經(jīng)加工的材料，在從第二加工子系統(tǒng)108出來后，通過管路126輸送到材料儲器 110。材料一旦在儲器110中，該材料可進(jìn)行其它加工步驟，包括任意一個(gè)或多個(gè)附加的選 自上文關(guān)于加工子系統(tǒng)104和108所公開的那些的步驟。替代地或另外地，經(jīng)加工的材料 可進(jìn)行附加加工步驟，包括一種或多種使用生物試劑例如酶和/或微生物、例如細(xì)菌和/或 酵母W及各種化學(xué)品和化學(xué)配制劑及溶液的加工。
[00巧]一般而言，本文公開的冷卻方法可用于許多不同的生物質(zhì)和其它材料加工 技術(shù)?？捎糜诒疚墓_的冷卻方法的示例性技術(shù)公開于例如下面專利申請中：W0 2008/073186;W及U.S.序列號 12/417, 699、12/417, 707、12/417, 720、12/417, 723、 12/417, 731、12/417, 786、12/417, 840、12/417, 880、12/417, 900、12/417, 904、12/429, 045 和12/486, 436。通?？稍趯?shí)施上文所述的任意加工技術(shù)之前、期間和/或之后利用所公開 的冷卻方法。
[0056] 例如，在一些實(shí)施方案中本文公開的任意加工如粉碎在與一種或多種冷卻方法如 低溫冷卻方法組合使用時(shí)會是特別有利的。不希望受理論束縛，認(rèn)為由將材料進(jìn)行冷卻引 起的木質(zhì)纖維素材料脆性的提高至少部分地有助于使各組分在例如界面處分離。另外，通 過提高材料脆性，認(rèn)為該技術(shù)在使材料破解方面會更為有效，有效地，可使材料（和W舉例 方式的材料木質(zhì)素部分）由可變形的柔性聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇M(jìn)行"破碎"的玻璃狀剛性材料。
[0057] 圖3顯示了可形成加工子系統(tǒng)104和108中任一種或其兩者的一部分的娠磨單元 200的示例性實(shí)施方案。娠磨單元200包括通過其進(jìn)行材料輸送的管路202。固定葉片204 定位在該管路內(nèi)。旋轉(zhuǎn)葉片206連接到在中屯、定位的軸208。在工作期間，通過葉片204和 206的切削作用將材料進(jìn)行娠磨。
[0058] 可使用商購的冷凍娠磨、冷凍研磨、低溫娠磨（cryomi11ing)和低溫研磨 (cryogrinding)設(shè)備。運(yùn)樣的設(shè)備兼具有材料的冷卻和材料的粉碎。商購低溫研磨裝置 的實(shí)例包括可得自SPEXCe;rtiPrep,Me1:uchen,NewJers巧的Rreezer/Mill6870,和可得 自化IvaColoration,Saxonburg,PA的低溫研磨裝置。其它供應(yīng)商包括AirProducts、 Praxair和AirLiquide。在一些實(shí)施方案中，該設(shè)備可W包括預(yù)冷卻區(qū)域，例如冷卻輸送機(jī) 例如冷卻的螺桿擠出機(jī)。在一些情形中，將液氮噴射到預(yù)冷卻區(qū)域中待冷卻的材料上?？?W例如通過往復(fù)銷棒（pin)或其它構(gòu)件提供研磨。例如，研磨裝置可W是銷棒娠磨機(jī)。通 常優(yōu)選在整個(gè)進(jìn)料和研磨中監(jiān)測和控制材料的溫度。
[0059] 可W將冷凍研磨與福照組合，在該情形中可在冷凍研磨之前、期間或之后進(jìn)行福 照。在一些情形中，冷凍研磨可減少降低生物質(zhì)材料的抗降解性或加工含控材料所需福射 的量。
[0060] 在某些實(shí)施方案中，超聲處理加工技術(shù)當(dāng)與本文公開的冷卻方法組合使用時(shí)（例 如在所述冷卻方法之前、即后或期間）可特別有利。一般而言，材料的超聲處理加工由于通 過機(jī)械波（例如聲波）供給到材料的熱而在使材料改變方面是有效的。當(dāng)使用冷卻方法來 降低材料的溫度時(shí)，材料變得更加脆，并且不太能夠響應(yīng)入射機(jī)械波而變形和/