一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法技术

本发明专利技术公开了一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，在温和条件的甘油缩甲醛体系中对原料木质素和半纤维素拆解溶出，同步封端稳定拆解木质素，剩余纤维素固体，并在溶液中逐级回收木质素和半纤维素，进而实现木质纤维素类生物质中各组分的分离和提取。本发明专利技术所得富含纤维素组分滤渣纤维素含量高，易于酶解转化利用。本发明专利技术所得木质素组分滤渣木质素含量高，β

【技术实现步骤摘要】
一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法


[0001]本专利技术涉及生物质能源转化利用
，具体涉及一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法。

技术介绍

[0002]木质纤维素类生物质是公认的可通过生物炼制过程转化为燃料、材料和化学品的可再生资源。然而，组成木质纤维素类生物质的纤维素、半纤维素和木质素组分之间相互联接，形成致密和复杂的空间三维结构，各组分难以有效的直接转化利用，往往先需要通过预处理手段将组分分离，以利于各组分后续的转化利用，提高生物质三大组分的利用效率，进而实现木质纤维素类生物质的生物炼制过程。
[0003]近年来，有机溶剂预处理是实现木质纤维素类生物质组分分离的主要方法之一。专利CN106674538公开了一种从竹材中分离提取纤维素、半纤维素降解糖和木质素的方法，提供了在酸作用下，γ
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戊内酯水溶液为溶剂的木质纤维素组分分离工艺；专利CN105484083公开了一种木质纤维素组分分离的绿色工艺，通过辐照预处理生物质，耦合四氢呋喃或γ
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戊内酯反应，实现了木质纤维素组分的分离；专利CN103711017公开了一种以高沸醇为溶剂常压超声波辅助制备纤维素和木质素的方法，在130～140℃的高沸醇溶液中蒸煮分离生物质中的纤维素和木质素；专利CN111154817公开了一种离子液体
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高沸醇复合体系高效分离木质纤维素并酶解的方法，通过多步复合预处理的方式，进一步提高生物质的组分分离效率。
[0004]虽然通过有机溶剂组分分离的方法可有效打破木质纤维素结构，实现组分的部分或全部分离，但现有技术往往需要较高的反应温度(>150℃)，木质素组分缩合严重(反应活性有限)，多步预处理方法带来溶剂循环，组分分离过程复杂等不足，在实际应用过程中易产生高耗能、高环境压力等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，利用甘油缩甲醛，在温和条件下完成对生物质原料半纤维素的拆解和木质素的溶出，同步封端稳定拆解木质素，并高效保留纤维素组分滤渣，打破木质纤维素致密结构，实现木质纤维素类生物质的组分分离。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0007]一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，包括如下步骤：
[0008]以木质纤维素类生物质为原料，按原料和甘油缩甲醛溶液的质量体积比1g：(8～20)cm3混合；80～140℃下反应0.1～3h后，固液分离，得到富含纤维素组分的滤渣和溶有半纤维素、木质素的滤液；调节滤液pH为酸性，加入水进行稀释，然后固液分离，得到木质素组分滤渣，将滤液减压蒸馏，回收甘油缩甲醛和水，釜底残留物乙醇洗涤，分离即得半纤维素组分滤渣。
[0009]所述甘油缩甲醛溶液为甘油缩甲醛、水和催化剂组成，溶液中甘油缩甲醛的体积分数为(50～100)％，溶液中催化剂的浓度为(0.02～0.2)mol/L；所述催化剂为可溶的酸、碱或盐，其中，酸可为硫酸、盐酸等无机酸或甲酸、对甲基苯磺酸等有机酸；碱可为氢氧化钠、氢氧化钾等无机碱或乙二胺、乙酰胺等有机碱；盐可为FeCl3、Al2(SO4)3Cl3等强酸弱碱盐或Na3PO4、CH3COONa等强碱弱酸盐。
[0010]所述的木质纤维素类生物质的粒度为粒度0.5～3mm。
[0011]所述的滤液pH优选为2，加入的水的体积至少为滤液体积的5倍。
[0012]所述木质纤维素类生物质为至少含有纤维素和木质素的植物或废弃物，包括狼尾草等能源植物、木屑等林业废弃物、秸秆等农业废弃物以及甘蔗渣、糠醛渣等糖(酒)厂加工废弃物。
[0013]所述纤维素组分滤渣可用于酶解纤维素制糖。
[0014]所述木质素组分滤渣可用于木质素解聚制酚。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016](1)本专利技术所用甘油缩甲醛不仅具有优异的溶解木质素能力，还因醛的封端作用，减少了木质素分子中碳正离子的产生，进而抑制了木质素的自缩合反应，实现了温和条件木质纤维素类生物质预处理的同时，保持了分离木质素组分的反应活性。
[0017](2)本专利技术所得富含纤维素组分滤渣纤维素含量高，易于酶解转化利用。
[0018](3)本专利技术所得木质素组分滤渣木质素含量高，β
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O
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4键丰富，易于解聚转化利用。
[0019](4)本专利技术适应原料范围广，反应过程压力低，高沸点的甘油缩甲醛可循环使用，能有效降低成本。
具体实施方式
[0020]以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。
[0021]实施例1：
[0022]以2g粒度3.0mm的玉米芯(含纤维素38.7％、半纤维素31.4％、木质素11.9％)为原料，按原料和甘油缩甲醛溶液的质量体积比1g：8cm3的量加入硫酸浓度为0.02mol/L，甘油缩甲醛体积分数50％的溶液于反应器中；80℃下反应3h后，固液分离，得到纤维素组分滤渣1.07g(纤维素含量66.9％)；调节滤液pH为2，加入5倍体积的水，固液分离，得到木质素组分滤渣0.07g(木质素含量>90％)；滤液减压蒸馏，回收甘油缩甲醛和水，釜底残留物乙醇洗涤过滤后，得半纤维素组分滤渣0.16g。
[0023]实施例2：
[0024]以2g粒度0.5mm的蔗渣(含纤维素40.1％、半纤维素24.3％、木质素18.2％)为原料，按原料和甘油缩甲醛溶液的质量体积比1g：10cm3的量加入硫酸浓度为0.2mol/L，甘油缩甲醛体积分数100％的溶液于反应器中；100℃下反应2h后，固液分离，得到纤维素组分滤渣0.82g(纤维素含量88.6％)；调节滤液pH为2，加入5倍体积的水，固液分离，得到木质素组分滤渣0.26g(木质素含量>93％)；滤液减压蒸馏，回收甘油缩甲醛和水，釜底残留物乙醇洗涤过滤后，得半纤维素组分滤渣0.21g。
[0025]对比例1：
[0026]参考实施例2，不同之处在于用γ
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戊内酯溶液代替甘油缩甲醛溶液。
[0027]以2g粒度0.5mm的蔗渣(含纤维素40.1％、半纤维素24.3％、木质素18.2％)为原料，按原料和γ
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戊内酯溶液的质量体积比1g：10cm3的量加入硫酸浓度为0.2mol/L，γ
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戊内酯体积分数100％的溶液于反应器中；100℃下反应2h后，固液分离，得到纤维素组分滤渣1.12g(纤维素含量66.5％)；调节滤液pH为2，加入5倍体积的水，固液分离，得到木质素组分滤渣0.15g(木质素含量>93％)；滤液减压蒸馏，回收γ
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戊内酯和水，釜底残留物乙醇洗涤过滤后，得半纤维素组分滤渣0.19g。
[0028]对比例2：
[0029]参考实施例2，不同之处在于用四氢糠醇溶液代替甘油缩甲醛溶液。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：以木质纤维素类生物质为原料，按原料和甘油缩甲醛溶液的质量体积比1g：(8～20)cm3混合；80～140℃下反应0.1～3h后，固液分离，得到含有纤维素组分的滤渣和溶有半纤维素、木质素的滤液；调节滤液pH为酸性，加入水进行稀释，然后固液分离，得到木质素组分滤渣，将滤液减压蒸馏，回收甘油缩甲醛和水，釜底残留物乙醇洗涤，分离即得半纤维素组分滤渣。2.根据权利要求1所述的一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，所述甘油缩甲醛溶液为甘油缩甲醛、水和催化剂组成，溶液中甘油缩甲醛的体积分数为(50～100)％，溶液中催化剂的浓度为(0.02～0.2)mol/L；所述催化剂为可溶的酸、碱或盐。3.根据权利要求2所述的一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，所述的酸为无机酸或有机酸；所述的碱为无机碱或有机碱；所述的盐为强酸弱碱盐或强碱弱酸盐。4.根据权利要求3所述的一种有机溶液预处理木质纤维素类生物质的方法，其特征在于，所述的无机酸为硫酸或盐酸，所述的有机酸为甲酸或对甲基苯磺酸；所述的无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述的有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛闯，谭雪松，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：