專利名稱：一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于綠色化學和清潔能源技術領域，涉及一種兩步水解生物質制備還原糖 的方法。
背景技術：
生物質資源可再生，分布廣泛，農作物秸稈、谷殼等農業(yè)廢棄物，木材、鋸末等林業(yè) 廢棄物，蔗渣等工業(yè)廢棄物，以及城市生活垃圾等都是可以利用的生物質資源。以往對于生 物質的利用多采取直接燃燒的方式，盡管方法簡單，但利用率低、有環(huán)境污染問題。借助熱 化學和生物化學手段將生物質轉變成高熱值易處理的生物質燃料和高附加值的化學品，有 效提高了能源利用效率。例如，由生物質水解糖化后發(fā)酵制備的生物乙醇，丁醇等，既可以 作為有用的化學品，還是清潔的液體燃料。生物質中的碳水化合物多以聚合物的形式存在， 對于生物質_生物乙醇過程，必須先將聚合物水解轉化成單糖，這些單糖再進一步通過發(fā) 酵轉化為乙醇。目前生物質水解的方法主要有酸催化水解法和酶水解法。酸水解工藝成熟，但存 在設備腐蝕問題，且反應廢液對環(huán)境有污染、后處理步驟復雜。酶水解具有選擇性好、反應 條件溫和、環(huán)境友好、設備簡單等優(yōu)點，但反應周期過長，并且纖維素酶制備提純困難、成本 高，無法實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產。超/亞臨界水法水解生物質是一種生物質資源利用的 新技術，具有反應速率快、無溶劑污染、轉化率高等獨特優(yōu)點，但目前在技術上還不成熟，設 備要求高，糖產率離實現(xiàn)工業(yè)化還有一定距離。生物質中的半纖維素和纖維素水解需要不同的溫度和時間條件，兩步法水解工藝 在不同條件下處理生物質，使半纖維素糖和纖維素糖多能得到有效的回收利用，從而提高 生物質原料的利用效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法，解決 超/亞臨界水一步法水解生物質工藝在單一條件下導致生物質中半纖維素糖類的損失，以 及糖產率不理想的缺點。本發(fā)明的技術方案是將生物質水解分兩步進行，第一步的低溫水解固體殘渣作為第二步的高溫水解原 料，充分利用原材料，從而制備高產量還原糖。本發(fā)明所述的制備方法包括以下步驟(1)將生物質與蒸餾水以質量比為1 100 1 20的比例加入到反應釜中，控 制反應溫度為180 230°C，攪拌反應0 60min。(2)反應結束后，冰水浴冷卻，將(1)中產物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的 產物。固相殘渣蒸餾水淋洗至濾液無色，用于下步高溫反應原料。(3)上步反應得到的固相殘渣與蒸餾水以1 100的固液比加入另一反應釜中，控制反應溫度為300 380°C，反應20 120s。(4)反應結束后，冰水浴冷卻，將(3)中產物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產物。以上所述的生物質為稻稈、玉米稈、麥稈、高粱稈、甘蔗渣、棉籽殼，粒徑為40 100 目。本發(fā)明的效果和益處是兩步法水解生物質，可有效提取生物質中的半纖維素糖 類；在低溫段破壞原料纖維結構，有利于下步水解的進行；總還原糖產量顯著提高，提高了 原料利用率。
具體實施例方式以下結合技術方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。實施例1按固液質量比為1 100的比例稱取1. 5g稻稈和150ml去離子水加入到反應釜 中，控制反應溫度為190°C，攪拌反應40min。反應結束后，反應釜放入冰水浴中冷卻，將產 物過濾、離心，對液相產物進行吸光度分析，還原糖產率為21%。固相殘渣用蒸餾水洗至濾 液無色，烘干至衡重。按固液質量比1 100稱取0.05g固相殘渣和5ml水加入到另一管 式反應器中，放入控制溫度為380°C的錫浴池中加熱，反應20s后，取出冰水浴冷卻，將產 物過濾、離心，對液相產物進行吸光度分析，還原糖產率為24%。稻桿水解還原糖總產率為 45%。實施例2按固液質量比為1 40的比例稱取1. 5g稻稈和150ml去離子水加入到反應釜中， 控制反應溫度為190°C，攪拌反應20min。反應結束后，反應釜放入冰水浴中冷卻，將產物過 濾、離心，對液相產物進行吸光度分析，還原糖產率為21%。固相殘渣用蒸餾水洗至濾液無 色，烘干至衡重。按固液質量比1 100稱取0.05g固相殘渣和5ml水加入到另一管式反應 器中，放入控制溫度為380°C的錫浴池中加熱，反應20s后，取出冰水浴冷卻，將產物過濾、 離心，對液相產物進行吸光度分析，還原糖產率為24%。稻桿水解還原糖總產率為45%。
權利要求
一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法，其特征包括如下步驟(1)將生物質與蒸餾水以質量比為1∶100～1∶20的比例加入到反應釜中，控制反應溫度為180～230℃，攪拌反應0～60min；(2)反應結束后，冰水浴冷卻，將(1)中產物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產物。固相殘渣蒸餾水淋洗至濾液無色，用于下步高溫反應原料；(3)上步反應得到的固相殘渣與蒸餾水以1∶100的固液比加入另一反應釜中，控制反應溫度為300～380℃，反應20～120s；(4)反應結束后，冰水浴冷卻，將(3)中產物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產物。
2.根據權利要求1所述的一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法，其特 征在于所用的生物質為稻稈、玉米稈、麥稈、高粱稈、甘蔗渣或棉籽殼，粒徑為40 100目。
3.根據權利要求1所述的一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法，其特 征在于采用先低溫后高溫的兩步法工藝水解生物質。
全文摘要
一種超/亞臨界水兩步水解生物質制備還原糖的方法，屬于新能源技術領域。其特征是采用超/亞臨界水低溫段+高溫段兩步法水解生物質，從而實現(xiàn)制備高產量還原糖的目的。水解反應在溫度180～230℃，反應時間0～60min，固液比1∶100～1∶20的條件下進行。本發(fā)明的效果和益處是在超/亞臨界水兩步法水解條件下，生物質中的半纖維素糖類得到回收利用，生物質水解還原糖產率有明顯的提高，依據原料不同，最大總還原糖產率可達到40％～60％，原料還原糖回收率達70％以上。
文檔編號C13K13/00GK101886143SQ20101022995
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者劉慧屏, 周丹, 徐剛, 徐琴琴, 羅鵬, 銀建中 申請人:大連理工大學