一种提高六碳糖产率的亚超临界制备方法技术

本发明专利技术涉及一种采用亚/超临界双方法结合提高六碳糖产率的方法，采用盐浴加热系统的亚/超临界流体法对秸秆进行预处理，为了便于秸秆原料与超临界水充分接触进行反应，在试验之前对秸秆原料进行了机械破碎处理，并经过40目筛网，取用筛下秸秆粉末作为超临界预处理与水解原料进行后续试验研究，固液比为1：41.7~1:125，且超临界条件为270~290℃，操作压力为10~25MPa，反应时间为12~26秒；亚临界反应条件为180~260℃，操作压力为10~20MPa，反应时间为10~60秒；所述方法采用亚/超临界水作为反应介质，对设备材料性能要求较低，反应时间短，转化率高，最高转化率为20.7%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水稻秸杆制备六碳糖的方法，属于利用废弃纤维素制备低聚糖，提高低聚糖产率的新方法。
技术介绍
传统化工冶炼利用不可再生的化石资源，以其集中的生产方式，高效的生产效率，创造了大量的物质财富，满足了人类的物质生活需要，极大地促进了社会发展与进步；同时，也产生了环境污染、全球变暖、化石资源日益枯竭等负面影响。世界能源组织预测2030年的世界能源需求将是2005年的1.5倍以上；2030年亚洲能源需求将是2005年的2.1倍以上；2030年二氧化碳排放量将是2002年的1.5倍以上(Energy Outlook 2030)。国际能源网公布2010年世界二氧化碳排放量为331.6亿吨，其中，我国二氧化碳排放量为83.3亿吨，占世界份额的25.1%，居世界第一位。2009年11月26日，我国正式宣布了要把2020年单位GDP的二氧化碳减排40%~45%为目标，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。具、家居用品、水果保鲜、空气净化、医用材料等领域具有十分广阔的应用前景。生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的世界第四大能源，在整个能源系统中占有重要地位。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，既包括木材、薪柴、作物秸杆、畜禽粪便等传统的生物质，也包括部分城市废弃物、生物燃料、工业性林业产品、糖业产品废物等现代生物质。农作物秸杆作为一种大量而又廉价的生物质能源，把农业废弃物秸杆转化为有用物质，不仅可以减少人类对石油基能源的依赖，还可以改善环境。采用超临界亚临界组合工艺，秸杆首先在超临界水中预处理和水解，使其中的纤维素水解为低聚糖，再经亚临界条件进一步水解为六碳糖，可突破木质纤维素单独超临界水解和单独亚临界水解的技术瓶颈，实现木质纤维废物超临界亚临界组合预处理与水解资源化，有着巨大的应用市场，并且它所带来的创新的技术理念，更能带动其他相关产业的发展，带来更大的经济和社会效益。木质纤维素废弃物的生物转化需经过预处理、水解、发酵和分离四个过程。在这一工艺过程中，预处理、水解和发酵是三个最主要的技术环节。秸杆预处理的目的是解除木质素对半纤维素和纤维素的保护作用，破坏纤维素的结晶结构，以增加反应表面积从而提高后续纤维素半纤维素水解率。水解也就是糖化过程，是使纤维素和半纤维素分别降解为可发酵的六碳糖(主要为葡萄糖)和五碳糖(主要为木糖)。发酵过程则主要是利用酵母或其他微生物将葡萄糖和木糖发酵产生乙醇。木质纤维素的预处理方法以酸、碱、水热法居多。通过这些方法在除去部分木质素的同时，可部分水解纤维素和半纤维素，从而提高水解的效率。只是这些方法的反应条件苛刻，分别存在腐蚀设备、污染环境、转化效率低、成本高、效率低等问题，且在破坏木质素的同时会产生发酵抑制物，影响后续的发酵效率，亟需工艺简单、效率更高、成本更低的新型预处理与水解技术或工艺技术改进。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种提高六碳糖产率的亚/超临界制备方法。采用秸杆超临界亚临界组合预处理与水解工艺技术，首先纤维素和秸杆在超临界水中预处理和水解，打破木质素的缠绕包裹并破坏纤维素的结晶结构，使纤维素水解为低聚糖，再通过控制反应条件，在亚临界条件通过控制反应条件实现尽可能避免葡萄糖产生的初级水解；低聚糖再经过葡萄糖分解速率相对较慢的亚临界水二级水解生成葡萄糖等六碳糖，实现全工艺过程可发酵糖产率的最大化，进一步水解为葡萄糖，既利用了超临界法反应迅速、无需催化剂、无产物抑制的优点，又解决了其产物不稳定、条件难控制的技术瓶颈，从而实现秸杆快速高效的转化为可发酵糖，对提高秸杆制取六碳糖的生产效率及其推广应用具有重要意义。一种提高六碳糖产率的亚/超临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)首先将玉米秸杆全料与去离子水混合均匀加入亚/超临界水为介质的两组平行的反应器中并密封； (2)将两组平行反应器水平置入超临界的盐浴装置中进行超临界反应，水平振荡以利于物料混合和系统传热； (3)采用相同的操作方法将反应器置入亚临界的盐浴装置中进行亚临界反应； (4)待釜内压力降至常压后关闭冷凝水、搅拌器，开启釜盖，取出反应产物。步骤(I)所述玉米稻杆的质量为20?60克，所选定的固液比为固液比为1:41.7 ?1:125。步骤(2)所述的超临界条件为270?290°C，操作压力为10?25 MPa，反应时间为12?26秒； 步骤(3)所述的亚临界反应条件为180?260°C，操作压力为10?20 MPa，反应时间为10?60秒。超临界方法作为一种新兴的绿色化学工艺，将其应用于木质纤维素的预处理中，能够减少环境污染，使产物更易分离，是一种极具现代环保意识的有发展前景的预处理工艺。木质纤维素的超临界预处理方法是利用超临界流体的特殊性质，在超临界条件下通过水以及改性剂的作用破坏纤维素结晶结构，增大纤维素可及性，打破纤维素与半纤维素、木质素之间的连接键，从而达到提高玉米秸杆产糖率的作用。本专利技术采用超临界或亚临界萃取反应技术对玉米秸杆进行预处理，在提高秸杆产糖率的同时，去除对进一步发酵过程具有抑制作用的木质素，为进一步进行燃料乙醇等产品的清洁高效生产提供了一条有效途径。超临界水解技术可以使纤维素在水的超临界状态中得到快速水解，其显著特点是:水解速率快、水解产率高、可不需任何催化剂、对环境无污染，并且在处理纤维素类生物质时可不经过预处理直接进行水解，简化生产工艺。【附图说明】图1:超临界/亚临界组合预处理与水解反应系统示意图。1、反应器；2、超临界反应热电偶；3、亚临界反应盐浴；4、超临界反应盐浴；5、亚临界反应盐浴；6、水冷池；7、电加热设备；8、温度控制系统。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本专利技术的内容。因此，所举之例并不限制本专利技术的保护范围。实施例1: 以玉米秸杆全料为原料，取20 g放入反应釜中，固液比为1:125。操作条件为:超临界条件为270°C，操作压力为10 MPa，反应时间为12秒；亚临界反应条件为180 °C，操作压力为10 MPa，反应时间为10秒。经预处理后固体物料糖化分析，低聚糖产率为14.8%。本实施例采用图1所示的工艺过程，用水作为超临界或亚临界溶剂预处理玉米秸杆的步骤如下: (1)首先将20克经粉碎风干的玉米秸杆与2500ml去离子水混合均匀加入两组平行的反应器中并密封； (2)将两组平行反应器水平置入己达到设定超临界温度(270°C)、压力为10 MPa的盐浴装置中，水平振荡以利于物料混合和系统传热，在达到设定的反应时间(12秒)后将反应器取出并快速置入水冷池以终止超临界反应； (3)采用相同的操作方法将反应器置入己达到设定亚临界温度(180°C)、压力为10MPa的盐浴装置中当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高六碳糖产率的亚/超临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先将玉米秸秆全料与去离子水混合均匀加入亚/超临界水为介质的两组平行的反应器中并密封；（2）将两组平行反应器水平置入超临界的盐浴装置中进行超临界反应，水平振荡以利于物料混合和系统传热；（3）采用相同的操作方法将反应器置入亚临界的盐浴装置中进行亚临界反应；（4）待釜内压力降至常压后关闭冷凝水、搅拌器，开启釜盖，取出反应产物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，林琳，章龙，董毅，王艳丽，陈俊琛，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31