一种秸秆纤维素醇化预处理剂及其制备方法技术

一种秸秆纤维素醇化预处理剂及其制备方法，预处理剂由以下重量百分比的原料配制而成：由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁13~23%、聚氧化乙烯0.01~0.09%、烷基磺酸钠0.1~0.9%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.4~1.1%、浓硫酸0.1~0.6%、无水硫酸钠0.04~0.3%，水73~82%。本发明专利技术还包括所述秸秆纤维素醇化预处理剂的制备方法。采用本发明专利技术秸秆纤维素醇化预处理剂对农作物秸秆进行处理，操作简便，不改变原生产工艺和设备流程，投资成本低；可加快处理过程，缩短处理时间，降低用酸量，提高生产效率，进而提高纤维素的转化率和溶液的含糖量，减少酸对设备的腐蚀，延长设备使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物材料农作物秸秆加工领域，特别是涉及一种秸秆纤维素醇化预处理剂及其制备方法。
技术介绍
我国是农业大国，农作物秸秆年产量约7亿吨，以稻草、高粱、蔗渣、芨芨草、玉米秸秆和小麦秸秆为主，居世界首位。农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，而秸秆纤维素原料是世界上最丰富、最廉价且符合可持续发展要求的可再生资源，但却有相当大部分秸秆没有得到合理利用，造成了资源的浪费和环境的污染。随着能源、环境、粮食三大危机的出现，世界各国越来越认识到寻求清洁、可再生能源的迫切性。从20世纪70年代以来，一些国家主要是西方国家开始尝试利用植物纤维原料生产燃料乙醇。我国起步较晚，但进程快，这是个新能源项目，是国家鼓励发展的战略性新兴产业，河南、山东在2000年初就建立了榜样示范厂，生产技术也有较大的突破，但生产规模和效益欠佳，有待进一步攻关。秸秆纤维素原料生产燃料乙醇的工艺流程主要包括预处理、纤维素酶水解以及发酵菌种和发酵工艺三步。其中预处理技术是秸秆纤维转化为能源的关键步骤，是科技研究者关注和探讨的焦点，即将纤维素、半纤维素和木质素进行分离，打破纤维素的结晶结构，提高纤维素对酶的可及性，使纤维素酶渗透进纤维素，从而有效提高酶解效率。对于廉价秸秆制备清洁乙醇的工业而言，需要采取成本低廉、环境友好、操作方便的预处理方式。现有的秸秆预处理手段大都采用化学法结合蒸汽爆破法，然而采用化学法不能有效去除木质素，产物水解转化率较低，且通常是纯酸化处理，用酸量多，腐蚀性大；采用蒸汽爆破法不能使木质素-碳水化合物基质完全破坏，还会产生一些对微生物有抑制作用的化合物，且以上两种方法都会至少引入几种环境不友好试剂，使得预处理过程混有杂质或造成环境污染。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种操作简便，成本低廉，可加快预处理成浆，降低用酸量，提高设备产能的秸秆纤维素醇化预处理剂及其制备方法，进而提高纤维素的转化率和溶液的含糖量，减少环境污染。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是： 本专利技术之一种秸秆纤维素醇化预处理剂，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁13~23%、聚氧化乙烯0.01~0.09%、烷基磺酸钠0.1~0.9%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.4~1.1%、浓硫酸0.1~0.6%、无水硫酸钠0.04~0.3%，水73~82%。进一步，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁18~22%、聚氧化乙烯0.05~0.08%、烷基磺酸钠0.4~0.8%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8~1.0%、浓硫酸0.3~0.5%、无水硫酸钠0.1~0.2%，以及水74～76%。本优选配方制成的产品特别适用于对轻杆型类的纤维原料（如玉米秸秆、高粱秸秆、蔗渣等）进行处理。进一步，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁14~20%、聚氧化乙烯0.02~0.05%、烷基磺酸钠0.2~0.5%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5~0.8%、浓硫酸0.2~0.4%、无水硫酸钠0.05~0.1%，以及水79～81%。本优选配方制成的产品特别适用于禾本科类的纤维原料（如麦杆、稻草、芨芨草等）的处理。进一步，所述聚氧化乙烯的分子量为300~400万。进一步，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的醚数为2~8。当用于轻杆型类的纤维原料时，醚数较高略好；当用于禾本科类的纤维原料时，醚数较低略好。进一步，所述浓硫酸的浓度≥96%。进一步，所述水为去离子水。本专利技术之秸秆纤维素醇化预处理剂的制备方法，包括以下步骤：（1）按预定重量份比例称取硫酸亚铁、聚氧化乙烯、烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、浓硫酸、无水硫酸钠以及水；（2）从所称取的水中量取≤80%的水加热至25~30℃，开动搅拌器，剩余的≥20%的水用于溶解无水硫酸钠和稀释浓硫酸；（3）向水中加入稀释后的浓硫酸，加热至48~52℃；（4）再加入所称取的烷基磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚，加热并控制在50±2℃；（5）再加入硫酸亚铁和溶解后的硫酸钠，加热至55~60℃后搅拌保温35~45分钟；（6）查验合成后的预处理剂外观，目测认为合格后冷却至常温即可。本专利技术利用独特的高分子表面活性物及多种化合物聚合成一个共聚物，使聚合物在预处理过程中参与化学反应，促使秸秆原料中的纤维素、半纤维素和木质素分离，为下一步纤维素的酶解打下基础。最终所得预处理剂的技术参数为：外观：淡蓝色粘稠液体；PH值：0.5~3；比重：0.9~1.1g/mL·20℃；总固含量：≥20~25%；安全性：无毒无危险。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果：本专利技术在预处理过程中操作简便，不改变原生产工艺和设备流程，投资成本低；可加快处理过程，缩短处理时间，降低用酸量，提高生产效率，进而提高纤维素的转化率和溶液的含糖量，减少酸对设备的腐蚀，延长设备使用寿命。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明，这些实施例不得用于解释对本专利技术保护范围的限制。实施例1本实施例秸秆纤维素醇化预处理剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用电子秤称取硫酸亚铁90kg、聚氧化乙烯（分子量350万）0.3kg、烷基磺酸钠2.5kg、脂肪醇聚氧乙烯醚(5醚)5kg、浓硫酸（浓度96%）2.5kg、无水硫酸钠1kg以及去离子水75kg；（2）从所称取的75kg去离子水中量取50kg去离子水置于反应釜中加热至30℃，开动搅拌器；余下的25kg去离子水用于溶解无水硫酸钠和稀释浓硫酸；（3）向反应釜中加入稀释的2.5kg浓硫酸，加热至50℃；（4）再加入2.5kg烷基磺酸钠和5kg脂肪醇聚氧乙烯醚(5醚)，加热并控制在50℃；（5）再加入90kg硫酸亚铁和1kg已溶解的硫酸钠，加热至60℃后保温搅拌40分钟；（6）转入另一反应釜，冷却至常温，即成。本实施例所制得的预处理剂经在某燃料乙醇有限公司连蒸处理车间进行试用，即以玉米秸秆原料为主，在配药系统中，采用计量泵添加相当于每吨绝干原料1.3wt%的本实施例所制得的预处理剂，使预处理剂与其它药品一道混合后，进入煮浆器系统中。经试验证明，预处理时间（蒸煮时间）由原来的60分钟缩短至45分钟，用酸量由原来的2.5%（相对于绝干原料而言）下降至0.8%，整体生产效率提高20%，浆料中的纤维素提高12%，溶液中的含糖量上升6.5%，整体经济效益得到明显提高。实施例2本实施例秸秆纤维素醇化预处理剂的制备方法包括以下步骤：（1）用电子秤称取硫酸亚铁90kg、聚氧化乙烯（分子量350万）0.2kg、烷基磺酸钠2kg、脂肪醇聚氧乙烯醚(3醚)4kg、浓硫酸（浓度96%）2kg、无水硫酸钠0.6kg以及去离子水80kg；（2）从所称取的80kg去离子水中量取60kg去离子水置于反应釜中加热至30℃，开动搅拌器；余下的20kg去离子水用于溶解无水硫酸钠和稀释浓硫酸；（3）向反应釜中加入稀释的2kg浓硫酸，加热至50℃；（4）再加入2kg烷基磺酸钠和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种秸秆纤维素醇化预处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁13~23%、聚氧化乙烯0.01~0.09%、烷基磺酸钠0.1~0.9%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.4~1.1%、浓硫酸0.1~0.6%、无水硫酸钠0.04~0.3%，水73~82%。

【技术特征摘要】
1.一种秸秆纤维素醇化预处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁13~23%、聚氧化乙烯0.01~0.09%、烷基磺酸钠0.1~0.9%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.4~1.1%、浓硫酸0.1~0.6%、无水硫酸钠0.04~0.3%，水73~82%。
2.根据权利要求1所述的秸秆纤维素醇化预处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁18~22%、聚氧化乙烯0.05~0.08%、烷基磺酸钠0.4~0.8%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8~1.0%、浓硫酸0.3~0.5%、无水硫酸钠0.1~0.2%，以及水74～76%。
3.根据权利要求1所述的秸秆纤维素醇化预处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料配制而成：硫酸亚铁14~20%、聚氧化乙烯0.02~0.05%、烷基磺酸钠0.2~0.5%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5~0.8%、浓硫酸0.2~0.4%、无水硫酸钠0.05~0.1%，水79～81%。
4.根据权利要求1~3任一项所述的秸秆纤维素醇化预处理剂，其特征在于，所述聚氧化乙烯的分子量为30...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖国良，雷志斌，杨铁钢，刘建华，
申请(专利权)人：湖南美莱精化有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43