一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法及应用。该方法包括如下步骤：(1)将生物质轻质油和氯化胆碱混合后，加热搅拌溶解形成均一溶液，得到仿低共熔溶剂体系；(2)将生物质原料加入到仿低共熔溶剂体系中，于80～120℃条件下搅拌反应，待反应结束后，固液分离，取固体，洗涤，干燥，得到预处理固体产品；(3)将预处理固体产品于保护性气体氛围、450～600℃条件下进行热解，冷凝收集热解出的挥发分，得到热解生物油。本发明专利技术中利用生物质衍生的生物质轻油替代低共熔剂中的氢键供体，有利于减少低共熔溶剂体系的成本，且用于预处理生物质可以促进其热解糖化，有利于实现左旋葡聚糖在热解油中的富集。有利于实现左旋葡聚糖在热解油中的富集。有利于实现左旋葡聚糖在热解油中的富集。

【技术实现步骤摘要】
一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法及应用


[0001]本专利技术属于生物质资源化领域，特别涉及一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法及应用。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的消耗，环境问题和不可再生能源问题日益突出。木质纤维素被认为是理想的替代能源，受到越来越多的关注。此外，世界上每年生产数百万吨玉米秸秆，造成了严重的环境问题。从环境和经济的角度出发，实现农林废弃物的循环利用是实现可持续发展的必要手段。目前，木质纤维素资源可以通过热解、气化、燃烧等热化学方法转化为生物油和其他精细化工产品。
[0003]通常，木质纤维素在中等温度(450～600℃)、惰性气氛和常压工况下快速热解，可促使纤维素经均裂、异裂和协同断裂等方式生成左旋葡聚糖(levoglucosan)，左旋葡聚糖是木质纤维素快速热解的主要产物。左旋葡聚糖能被微生物直接代谢，且发酵效果可与葡萄糖相媲美，是极具发展潜力的新糖源。快速热解工艺有望弥补酶或酸水解技术的不足，具有成本低、反应快、糖浓度高等优势。此外，左旋葡聚糖是合成立体化合物的一个重要单体，可作为手性合成子合成树脂、药物、高聚物及相关产品。生物质热解制取快速热解油具备良好的商业应用潜力。然而木质纤维素快速热解过程中，木质纤维素中灰分和木质素的存在会以左旋葡聚糖为代价促进小分子化合物的形成。左旋葡聚糖的低含量增加了后续产品分离纯化的成本，从而削弱了其经济可行性。因此提高从木质纤维素中提取左旋葡聚糖的选择性是促进热解糖化发展的最重要问题。
[0004]常规预处理如酸洗、碱洗，离子液体等，虽然可以有效地克服这些问题以提高热解油的品质，但却有着其自身的缺陷限制了广泛应用。深共晶溶剂(DES)作为ILS的替代品，具有制备简单、低成本、无毒、生物可降解等独特优点。因为DESs可以有效地破坏木质纤维素的交联结构，实现了碳水化合物(即纤维素和半纤维素)和木质素分离的效果，它被认为是一种预处理木质纤维素的环保溶剂。通常DESs是由氢键受体(HBA)与氢键供体(HBD)络合形成的，如醋酸+氯化胆碱、苯酚+氯化胆碱等。这些氢供体的生产往往需要化石燃料的消耗以及复杂的反应路径。
[0005]生物质衍生的生物质轻油(BL油)是一种由含氧化合物和芳烃组成的混合物，乙酸和苯酚是BL油的主要成分。但到目前为止，尚未有利用生物质衍生的生物质轻油替代为低共熔剂中氢键供体以减少低共熔溶剂体系的成本，并用于预处理生物质以促进其热解糖化的相关报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供所述利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，包括如下步骤：
[0010](1)将生物质轻质油和氯化胆碱混合后，加热搅拌溶解形成均一溶液，得到仿低共熔溶剂体系；
[0011](2)将生物质原料加入到步骤(1)中得到的仿低共熔溶剂体系中，于80～120℃条件下搅拌反应，待反应结束后，固液分离，取固体，洗涤，干燥，得到预处理固体产品；
[0012](3)将步骤(2)中得到的预处理固体产品于保护性气体氛围、450～600℃条件下进行热解，冷凝收集热解出的挥发分，得到(富含左旋葡聚糖的)热解生物油。
[0013]步骤(1)中所述的生物质轻质油与氯化胆碱的质量比为(0.8:1)～(4:1)；优选为(2:1)～(3:1)；更优选为2:1。
[0014]步骤(1)中所述的加热的温度为60
±
5℃。
[0015]步骤(1)中所述的搅拌的条件为：200～400r/min搅拌10～60min；优选为：300r/min搅拌30min。
[0016]步骤(2)中所述的生物质原料包括木质纤维素和/或含有木质纤维素的农林废弃物；优选为玉米秸秆。
[0017]所述的玉米秸秆的颗粒大小为100目以上。
[0018]步骤(2)中所述的生物质原料与仿低共熔溶剂体系的质量比1：10～20；优选为1：20。
[0019]步骤(2)中所述的反应的温度优选为100～120℃；更优选为120℃。
[0020]步骤(2)中所述的搅拌的条件为：200～400r/min搅拌5～10h；优选为：300r/min搅拌5h。
[0021]步骤(2)中所述的固液分离优选为采用真空抽滤实现固液分离。
[0022]步骤(2)中所述的洗涤为依次采用乙醇，丙酮溶液和蒸馏水进行洗涤。
[0023]所述的丙酮溶液为体积百分数为40％的丙酮溶液。
[0024]步骤(2)中所述的干燥的条件为：80～110℃烘箱中干燥12～24h；优选为：105℃下干燥24h。
[0025]步骤(3)中所述的热解的温度优选为500℃。
[0026]步骤(3)中所述的热解的时间为30～60min；优选为30min。
[0027]步骤(3)中所述的保护性气体优选为氮气；优选为气体流速100～600ml/min的氮气；更优选为气体流速550ml/min的氮气。
[0028]所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法在农林废弃物资源回收或制备热解生物油中的应用。
[0029]所述的热解生物油为富含左旋葡聚糖的热解生物油；优选为含有30mg/g以上左旋葡聚糖的热解生物油；更优选为含有40mg/g以上左旋葡聚糖的热解生物油；更优选为含有50～60mg/g的热解生物油。
[0030]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0031]1、本专利技术中采用了新的有机溶剂——仿低共熔溶剂体系，其中生物质轻质油是天
然木质纤维素直接热解产品，因为生物质衍生的热解油往往存在着氧含量高、酸腐蚀、热值低、成分复杂等缺点，这使得生物质热解油都是以废弃物的形式舍弃，其成功应用既可以避免热解油对环境的污染，也可实现生物精炼的“闭环”概念(图1)。
[0032]2、本专利技术利用生物质衍生的生物质轻油替代为低共熔剂中氢键供体有利于减少低共熔溶剂体系的成本，且用于预处理生物质可以促进其热解糖化。
[0033]3、本专利技术利用生物质衍生的仿低共熔溶剂体系预处理玉米秆，既可以在较低温度下降解木质素和半纤维素，降低原料的顽固性，还可以有效去除木质纤维素含有的碱金属和碱土金属(AAEMs)避免纤维素在热解过程中发生开环反应，实现左旋葡聚糖在热解油中的富集。
附图说明
[0034]图1是本专利技术方法的技术路线图。
[0035]图2是生物质轻质油中各成分比例统计图。
[0036]图3是生物质轻质油的主要化学产品含量图。
[0037]图4是不同仿低共熔剂预处理条件对玉米秆热解油的产品分布图。
[0038]图5是三种不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将生物质轻质油和氯化胆碱混合后，加热搅拌溶解形成均一溶液，得到仿低共熔溶剂体系；(2)将生物质原料加入到步骤(1)中得到的仿低共熔溶剂体系中，于80～120℃条件下搅拌反应，待反应结束后，固液分离，取固体，洗涤，干燥，得到预处理固体产品；(3)将步骤(2)中得到的预处理固体产品于保护性气体氛围、450～600℃条件下进行热解，冷凝收集热解出的挥发分，得到热解生物油。2.根据权利要求1所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的生物质轻质油与氯化胆碱的质量比为0.8:1～4:1。3.根据权利要求2所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的生物质轻质油与氯化胆碱的质量比为2:1～3:1。4.根据权利要求3所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的生物质轻质油与氯化胆碱的质量比为2:1。5.根据权利要求1所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的生物质原料为木质纤维素，和/或含有木质纤维素的农林废弃物；步骤(2)中所述的生物质原料与仿低共熔溶剂体系的质量比1：10～20。6.根据权利要求5所述的利用仿低共溶剂预处理生物质原料促进热解糖化的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的生物质原料为玉米秸秆；所述的玉米秸秆的颗粒大小为100目以上；步骤(2)中所述的生物质原料与仿低共熔溶剂体系的质量比1：20...

【专利技术属性】
技术研发人员：许细薇，张帆，蒋恩臣，孙焱，王红，李凌昊，余海鹏，贾志文，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：