本发明专利技术公开了一种农林纤维素生物质全组份的分级分离包括如下步骤a)农林纤维素生物质的干物质的粉碎、浸泡和压滤；b)压滤后的固相部分用碱液浸泡，加氧化剂，抽提，固相为纤维素粗品；c)经纳滤膜将压滤液浓缩，在浓缩液中加入终浓度为50％以上的酒精，静止后过滤或离心分离，得到沉淀物和上清液；沉淀物就为半纤维素粗品；d)将步骤c)中得到的上清液调至酸性，过滤分离，沉淀则为木质素粗品，及其利用分离后组份制备燃料酒精和低聚木糖。本发明专利技术做到资源利用的最大化；可以减少我国对进口石油的依赖，减少对环境的污染；还可推动建立新能源工业产业和生物化工产业，改变我国经济增长的方式，实现社会和经济的可持续发展。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法及利用分离后组份制备燃料酒精和低聚木糖。
技术介绍
天然木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，纤维素生物质主要包括纤维素、 半纤维素和木质素，三者按一定比例紧密地结合在一起。纤维素是由许多个葡萄糖分子通过3-1，4-糖苷键连接而成的直链高聚糖，经预处理后聚合度会下降，完全水解后得到葡萄糖等六碳糖，再经酿酒酵母发酵生产燃料酒精；半纤维素是带有支链的多聚糖的总称，其结构单元包括戊糖基、己糖基、糖酸基和己酞基，其中戊糖主要为木塘和阿拉伯糖；木质素是植物界中仅次于纤维素的最丰富的有机高分子化合物，由苯丙烷单元以非线性的、随机方式连接组成的复合体，在酸的作用下难以水解的高分子无定形物质。目前对纤维素生物质的利用主要强调对纤维素组份的利用，而对半纤维素和木质素组份的利用相对较少，并且没有利用生物炼制技术对纤维素生物质全组份进行分级分离，没有实现生物质全组份的资源化利用和效益的最大化。在利用纤维素生物质制取酒精过程中，常采用化学方法和生物方法对纤维素生物质进行降解，其产物包括葡萄糖、木糖等多种混合糖，再利用混合糖进行发酵产酒精，由于获得的产品单一，其附加值不高，经济效益较低，缺乏市场竞争力；在利用纤维素生物质制取低聚木糖过程中，通常采用一步法碱抽提，然后直接在抽提液中加酸中和，加酒精沉淀半纤维素，该方法的缺陷是半纤维素的提取率较低、碱用量大、中和时酸的用量大、半纤维素沉淀时酒精用量大，在后续的工艺过程由于采用传统的工艺技术，分离效果较差、能耗较大、成本较高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供了一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法及利用分离后组份制备燃料酒精和低聚木糖。本专利技术涉及通过生物炼制技术将农林纤维素生物质转化为燃料酒精等生物燃料以及木糖类生物基化学品。生物酒精是一种无色透明、易挥发、易燃烧、不导电的液体，可按一定的比例添加到汽油中，是未来汽油的主要替代品。木糖是一种白色结晶粉末，易溶于水，是一种常用的化学品，可用于生产木糖醇或作为食品添加剂。低聚木糖又称木寡糖是由2 7个木糖分子以3-1，4糖苷键结合而成的功能性聚合糖，它可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性，是重要的营养保健品。本专利技术就是采用农林纤维素生物质，对其进行全组份的分级分离，将分离得到的各组分转化为生物燃料和高附加值生物基化学品，实现资源利用的最大化；可以减少我国对进口石油的依赖，减少对环境的污染；还可推动建立新能源工业产业和生物化工产业，改变我国经济增长的方式，实现社会和经济的可持续发展。为达到上述的目的，本专利技术采用如下技术方案一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法，包括如下步骤a)农林纤维素生物质的新鲜物质或干物质(购于福建省漳州糖厂)的粉碎、浸泡和压滤；b)压滤后的固相部分用碱液浸泡，加入氧化剂，先在中温下抽提，二次压滤后得到二次液相和二次固相两部分；二次固相部分继续浸泡于碱液中，在高温下抽提，三次压滤后得到的三次固相和三次液相两部分；其中三次固相主要成份为纤维素粗品，三次液相主要成份为半纤维素和降解木质素混合液；在中温碱处理过程中加入氧化剂，能加速木质素的分解，使木质纤维素的物理结构解离，有利于半纤维素组份与木质素组份进入碱溶液，为纤维素生物质中三个组份的完全分离奠定基础。c)合并中温碱氧化抽提与高温碱抽提的液相压滤液(包括二次液相和三次液相)，经纳滤膜(汇通/海德能/陶氏等商家提供)将压滤液浓缩，在浓缩液中加入终浓度为50%以上的酒精，静止后过滤或离心分离，得到沉淀物和上清液；沉淀物就为半纤维素粗品；d)将步骤C)中得到的上清液调至酸性，静止后过滤或离心分离，沉淀则为木质素粗品。 所述的碱液采用浓度为1 % 7%的NaOH，KOH, Na2CO3中的一种；所述的氧化剂采用浓度为1 % 5 %的O3、H2O2, KMnO4中的一种。所述的中温抽提采用温度为40 60°C条件下抽提2 4小时；所述的高温抽提采用温度为100 160°C条件下抽提至少1小时以上。所述的步骤C)中压滤液浓缩至5倍以上，直到半纤维素与木质素固型物浓度达 10%以上，碱液回收80%以上；且步骤C)和步骤d)中的静止时间均为1 5小时；步骤d) 中调节酸性至PH为3 4。所述的分离得到的纤维素粗品一方面用于制备纤维素酶或半纤维素酶，另一方面利用纤维素酶将纤维素粗品降解为葡萄糖，经酵母发酵后生产酒精；分离得到的半纤维素粗品利用半纤维素酶将其降解为木糖和低聚木糖化学品，经分离提纯后作为食品添加剂或生产木糖醇的原料；分离得到的木质素作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、浙青乳化剂，利用木质素能制造可降解、可再生的聚合物。一种利用分离后组份制备燃料酒精，所述的分离得到的纤维素粗品一方面用于制备纤维素酶或半纤维素酶，另一方面利用纤维素酶将纤维素粗品降解为葡萄糖，经酵母发酵后生产酒精；所述的纤维素酶或半纤维素酶的制备方法为将所述的纤维素粗品，采用固态发酵制曲的方法，分别接种产纤维素酶菌株或产半纤维素酶菌株，固态发酵培养3天后收获纤维素酶或半纤维素酶。所述的产纤维素酶菌株采用灰绿曲霉或青霉这2种真菌中的一种；产半纤维素酶菌株采用黑曲霉或木霉这2种真菌中的一种。所述的纤维素粗品与纤维素酶与按5 1-1 1比例混合，添加适量的水，使固液比为1 10，在50°C酶解12小时以上得到纤维素酶解后的糖化液，纤维素酶解后的糖化液经纳滤膜浓缩至糖浓度15%以上；浓缩后的糖化液直接用于发酵产酒精。一种利用分离后组份制备低聚木糖所述的分离得到的半纤维素粗品与半纤维素酶按5 1-1 1的比例混合后，添加半纤维素粗品5 6倍重量体积的水，在60°C反应5 16小时，加入活性炭脱色剂进行脱色，然后通过过滤除去固体杂质；将脱色过滤后的糖化液通过离子交换树脂脱盐，然后进行膜浓缩；将脱色和脱盐后的糖化液浓缩至15%以上后进行喷雾干燥制成粉末状低聚木糖或通过纳滤膜浓缩为高浓度的低聚木糖液。本专利技术的有益效果是本专利技术建立了成熟的生物炼制技术对纤维素生物质进行分级分离和高效转化，将纤维素生物质中的三种组分进行分级分离提纯得到纤维素、半纤维素、木质素组份；然后充分应用各个组分，来制取生物燃料和生物基化学品首先从纤维素生物质中分离获得纤维素，利用纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖，经酵母发酵后生产酒精； 利用半纤维素酶将木聚糖降解为木糖和低聚木糖等化学品，经分离提纯后作为食品添加剂或生产木糖醇的原料；木质素可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、浙青乳化剂， 利用木质素能制造可降解、可再生的聚合物。在半纤维素分级分离中采用两步法提取，先中温氧化提取，后高温提取，可大幅度提高半纤维素的提取率，实际提取率可达理论提取率的 95%以上。在半纤维素抽提过程中，采用中温-高温-中温的处理程序，可以提高工艺过程的热利用效率。将现代膜分离技术运用于碱液回收、糖化液组份分离、糖化液浓缩、酒精脱水等工艺过程，可大幅度降低生产过程的能耗和成本。综上所述，本专利技术的技术方案能实现对纤维素生物质全组份的最大资源化利用， 大幅度提高生产品的附加值，提升生物质产业的经济效益，避免资源浪费。同时可引导经济结构调整和产业发展模式的改变。本专利技术整合了生物酶催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法，其特征在于包括如下步骤：ａ）农林纤维素生物质的干物质的先经粉碎、清水浸泡和压滤；ｂ）压滤后的固相部分用碱液浸泡，加入氧化剂，先在中温下抽提，二次压滤后得到二次液相和二次固相两部分；二次固相部分继续浸泡于碱液中，在高温下抽提，三次压滤后得到的三次固相和三次液相两部分；其中三次固相主要成份为纤维素粗品，三次液相主要成份为半纤维素和降解木质素混合液；ｃ）合并中温碱氧化抽提与高温碱抽提的液相压滤液，经纳滤膜将压滤液浓缩，在浓缩液中加入终浓度为５０％以上的酒精，静止后过滤或离心分离，得到沉淀物和上清液；沉淀物就为半纤维素粗品；ｄ）将步骤ｃ）中得到的上清液调至酸性，静止后过滤或离心分离，沉淀则为木质素粗品。
【技术特征摘要】
1.一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法，其特征在于包括如下步骤a)农林纤维素生物质的干物质的先经粉碎、清水浸泡和压滤；b)压滤后的固相部分用碱液浸泡，加入氧化剂，先在中温下抽提，二次压滤后得到二次液相和二次固相两部分；二次固相部分继续浸泡于碱液中，在高温下抽提，三次压滤后得到的三次固相和三次液相两部分；其中三次固相主要成份为纤维素粗品，三次液相主要成份为半纤维素和降解木质素混合液；c)合并中温碱氧化抽提与高温碱抽提的液相压滤液，经纳滤膜将压滤液浓缩，在浓缩液中加入终浓度为50%以上的酒精，静止后过滤或离心分离，得到沉淀物和上清液；沉淀物就为半纤维素粗品；d)将步骤c)中得到的上清液调至酸性，静止后过滤或离心分离，沉淀则为木质素粗PΡΠ O2.如权利要求1所述的一种农林纤维素生物质全组份的分离方法，其特征在于所述的农林纤维素生物质采用秸秆、蔗渣、芒草、林业加工废弃物。3.如权利要求1所述的一种农林纤维素生物质全组份的分离方法，其特征在于所述的碱液采用浓度为 7%的NaOH，KOH, Na2CO3中的一种；所述的氧化剂采用浓度为 1 % 5 % 的 H2O2, O3> KMnO4 中的一种。4.如权利要求1所述的一种农林纤维素生物质全组份的分离方法，其特征在于所述的中温抽提采用温度为40 60°C条件下抽提2 4小时；所述的高温抽提采用温度为 100 160°C条件下抽提至少1小时以上。5.如权利要求1所述的一种农林纤维素生物质全组份的分离方法，其特征在于所述的步骤c)中压滤液浓缩至5倍以上，直到半纤维素与木质素固型物浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙敏南，鲍思龙，龙亚兰，
申请(专利权)人：漳州伯能生物能源有限公司，
类型：发明
国别省市：35
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。