木质纤维素生物质的预处理方法技术

本发明专利技术涉及一种木质纤维素生物质的预处理方法，其包括以生物质：离子液体为1:1‑1:100的重量比使木质纤维素生物质与由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体接触的步骤，所述步骤在60‑200ºC的温度范围内进行0.4‑48小时的一段时间。本发明专利技术也涉及经预处理的木质纤维素生物质在酶促水解方法中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】木质纤维素生物质的预处理方法
本专利技术涉及一种使用由苯二甲酸盐组成的离子液体的木质纤维素生物质的预处理方法，和经预处理的生物质在酶促水解方法中的用途。
技术介绍
为寻找可持续的替代品以替代石油衍生物，因其极大的可用性和低成本，木质纤维素生物质作为原料或能源的用途为一种引人注目的资源。木质纤维素生物质可尤其为：废品，例如甘蔗蔗渣和玉米秸秆；硬木，例如山杨和白杨；针叶木，例如松树和冷杉；纤维素类废物，例如回收纸浆和新闻用纸；草本生物质，例如苜蓿干草和利甘草；城市固体废物。例如，通过衍生自这种类型的生物质的糖类发酵，可释放大范围的生物制品，尤其例如乙醇、琥珀酸、乳酸、2,3-丁二醇、柠檬酸、醋酸、衣康酸、富马酸、正丁醇。然而，木质纤维素材料的化学组成使得难以通过发酵直接生产这些衍生物，因为它们是基本上由纤维素(C6H10O5)x、半纤维素(C5H8O4)m和木质素(C9H10O3(OCH3))n组成的复杂碳水化合物的聚合物。为方便生物质中的碳水化合物用于生物转化，从而使糖类发酵最大化，有必要对生物质施加一些预处理，以溶解和分离一种或多种的其成分，特别是木质素。生物质的预处理有以下目标：降低纤维素分子的聚合度，使其易于水解过程，避免水解和发酵过程中作为抑制剂的副产物生成，和根本上是经济可行的。现有各种预处理方法，其可为物理、化学或物理化学方法。化学预处理可使用有机或无机化合物，通常使用酸、碱或有机溶剂。在生物质的化学预处理中，离子液体也代表一种作为溶剂有希望的替代品。Brandt等人,"Deconstructionoflignocellulosicbiomasswithionicliquids(用离子液体解构木质纤维素生物质)"-GreenChem.,2013,15,550–583描述一种使用离子液体作为溶剂的生物质预处理。所描述的离子液体包含选自咪唑、吡啶、哌啶、吡咯烷、铵、硫和磷的阳离子，和选自硫酸盐、磺酸盐、溴化物、氯化物、碘化物、醋酸盐、磷酸盐和氨腈的阴离子。Perez-Pimienta等人,"Comparisonoftheimpactofionicliquidpretreatmentonrecalcitranceofagavebagasseandswitchgrass（离子液体预处理对龙舌兰蔗渣和柳枝稷难降解性的影响的比较）"-BioresourceTechnology127(2013)18-24的调查也描述离子液体为对于木质纤维素生物质的预处理而言极好的溶剂。此工作中评估的离子液体为各种浓度的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐。然而，在实验室方法和工业方法中，除了具有出现平行降解反应的缺点外，基于咪唑的溶剂也存在关于反应的操作安全的风险。因此，本专利技术的一个目的为提供一种备选的木质纤维素生物质的化学预处理，其无现有技术中识别的缺点。
技术实现思路
本专利技术涉及一种木质纤维素生物质的化学预处理方法，其使用由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体作为溶剂。所述方法包括在60-200ºC的温度范围内，以生物质:离子液体为1:1-1:100的重量比使由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体与木质纤维素生物质接触0.4-48小时的一段时间。此外，本专利技术也涉及经苯二甲酸盐预处理的木质纤维素生物质在酶促水解方法中的用途。附图说明以下展示的详细描述参照附图，其中：图1显示相比于对照样品，对在用间苯二甲酸二胆碱盐离子液体预处理生物质后得到的液体级分进行的扫描分光光度分析的结果。图2显示来自以1:100的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理甘蔗蔗渣的液体(左侧样品)和来自以1:20的比率经对苯二甲酸二胆碱盐预处理甘蔗蔗渣的液体(右侧样品)的照片。图3显示在以下样品的电子扫描显微术(SEM)中得到的图像：天然甘蔗蔗渣样品(a)，以1:10的比率经对苯二甲酸二胆碱盐预处理的蔗渣样品(b)和以1:20的比率经对苯二甲酸二胆碱盐预处理的蔗渣样品(c)。图4显示在以下样品的电子扫描显微术(SEM)中得到的图像：以1:5的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理的甘蔗蔗渣样品(，b)和以1:10的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理的甘蔗蔗渣样品(c，d)。图5显示在以下样品的电子扫描显微术(SEM)中得到的图像：以1:20的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理的甘蔗蔗渣样品(，b)，以1:50的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理的甘蔗蔗渣样品(c，d)和以1:100的比率经间苯二甲酸二胆碱盐预处理的甘蔗蔗渣样品(e,f)。图6显示经间苯二甲酸二胆碱盐离子液体预处理后得到的固体样品照片。图6显示在酶促水解甘蔗蔗渣的经预处理样品和未经预处理样品期间的葡萄糖浓度。图7显示在酶促水解甘蔗蔗渣的经预处理样品和未经预处理样品期间的木糖浓度。图8显示在酶促水解甘蔗蔗渣的经预处理样品和未预处理样品期间的葡萄糖浓度。具体实施方式本专利技术涉及一种木质纤维素生物质的化学预处理方法，所述方法使用由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体。所述方法包括以生物质:离子液体为1:1-1:100的重量比使木质纤维素生物质与由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体接触的步骤。所述接触步骤在60-200℃的温度下进行0.4-48小时的一段时间。在一个优选实施方案中，离子液体选自邻苯二甲酸二胆碱盐、间苯二甲酸二胆碱盐和对苯二甲酸二胆碱盐。更优选地，使用的离子液体选自间苯二甲酸二胆碱盐和对苯二甲酸二胆碱盐。本专利技术中描述的二胆碱的苯二甲酸盐定义为离子液体，因已证实这些盐在操作温度下为液体形式。例如，已证实在温度低于100℃时，间苯二甲酸二胆碱盐[Ch]2[Iso]为流体。在低于或等于100℃的各种温度下，该盐的运动粘度(kinematicviscosity)和动力粘度(dynamicviscosity)如下表1所示：表1：不同温度下盐[Ch]2[Iso]的粘度温度(℃)运动(mm2.s-1)动力(mPa.s)704909576280219025559011851377100699808至于对苯二甲酸二胆碱盐[Ch]2[Ter]，其在温度低于或等于100℃时并不熔化或被证实为流体。因此，操作温度的定义将取决于所用的盐，确定的是，必须足够高以保证将该盐分类为离子液体。此处公开的方法中，搅拌可在100-400rpm范围内使用。优选地，使用的搅拌约为250rpm。在一个优选实施方案中，该方法包括选自离心、过滤和倾析的相分离后续步骤。此步骤中，形成液体级分和固体级分。该液体级分包含来自预处理的液体，例如，经提取的木质素、游离糖、醋酸以及糠醛和5-羟甲基糠醛(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质纤维素生物质的预处理方法，其特征在于，其包括以生物质:离子液体为1:1-1:100的重量比使木质纤维素生物质与由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体接触的步骤。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180611 BR 10201801174161.一种木质纤维素生物质的预处理方法，其特征在于，其包括以生物质:离子液体为1:1-1:100的重量比使木质纤维素生物质与由二胆碱的苯二甲酸盐组成的离子液体接触的步骤。


2.权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤在60-200ºC的温度范围内进行0.4-48小时的一段时间。


3.权利要求1或2的方法，其特征在于，所述离子液体选自邻苯二甲酸二胆碱盐、间苯二甲酸二胆碱盐和对苯二甲酸二胆碱盐。


4.权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于，所述方法包括在100-400rpm范围内，优选250rpm下搅拌。


5.权利要求1至4中任何一项的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·马查多德卡斯特罗，S·M·卡布拉尔德梅内塞斯，L·S·小奇内拉托，A·兰热尔卡塞拉，B·迪亚斯里贝罗，
申请(专利权)人：巴西石油公司，里约热内卢联邦大学，
类型：发明
国别省市：巴西;BR