一種降低纖維素結(jié)晶度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及降低纖維素結(jié)晶度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 農(nóng)業(yè)廢棄物是通過(guò)植物光合作用合成的有機(jī)物，主要組分是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。 全世界農(nóng)作物每年會(huì)產(chǎn)生大約2000億t農(nóng)業(yè)廢棄物，其中可收集利用的有很多，如農(nóng)作物 枯桿，稻殼，玉米巧，甘庶渣等。但目前，大部分農(nóng)業(yè)廢棄物除小部分用作造紙、牲畜飼料和 燃料等用途之外，絕大部分都被丟棄于農(nóng)田或就地焚燒，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。
[0003] 近年來(lái)，由于能源環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，清潔、可再生的生物質(zhì)燃料受到社會(huì)各界的 廣泛關(guān)注。W廢棄的纖維素類物質(zhì)生產(chǎn)己醇等燃料不但能夠減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，更有利于緩解 傳統(tǒng)化石能源消耗的壓力；同淀粉己醇相比，纖維素己醇生產(chǎn)還具有不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng) 地的優(yōu)勢(shì)。因此，合理開(kāi)發(fā)利用纖維素類生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料己醇在能源安全戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)和 生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面都具有重要的意義。
[0004] 利用木質(zhì)纖維素類原料生產(chǎn)燃料己醇主要經(jīng)歷W下=個(gè)過(guò)程；預(yù)處理，酶水解，己 醇發(fā)酵。其中，預(yù)處理的目的是提高木質(zhì)纖維素原料的酶解糖化效率，從而獲得更高的燃料 產(chǎn)量?，F(xiàn)有的主要預(yù)處理方法如生物預(yù)處理、酸預(yù)處理、堿預(yù)處理、蒸汽爆破預(yù)處理、水熱預(yù) 處理等，其過(guò)程都是通過(guò)消除或減弱半纖維素和木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)上對(duì)纖維素的包裹和覆蓋， 提高纖維素酶與纖維素直接接觸面積來(lái)提高纖維素酶解效率。實(shí)際上，纖維素本身的結(jié)晶 度對(duì)酶催化水解纖維素的影響也很大，而現(xiàn)有的預(yù)處理方法對(duì)降低纖維素結(jié)晶度的影響有 限，甚至一些預(yù)處理方法還會(huì)增加纖維素的結(jié)晶度，該對(duì)纖維素的水解十分不利。處理?xiàng)l件 相對(duì)溫和、無(wú)酸堿化學(xué)添加劑的水熱預(yù)處理為例，預(yù)處理前后纖維素的結(jié)晶度沒(méi)有顯著變 化，甚至有時(shí)還會(huì)有所升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有木質(zhì)纖維素類原料生產(chǎn)燃料己醇的水熱預(yù)處理過(guò)程中存在預(yù) 處理后纖維素結(jié)晶度升高，不利于后續(xù)發(fā)酵過(guò)程的問(wèn)題，而提供一種降低纖維素結(jié)晶度的 方法。
[0006] 一種降低纖維素結(jié)晶度的方法，具體是按照W下步驟進(jìn)行的：
[0007] 一、將纖維素與化溶液混合，攬拌均勻，得到混合物；
[000引所述的纖維素的質(zhì)量與化溶液的體積比為Ig:巧~10)血；所述的化溶液的 濃度為 0. 05mol/L~0. 15mol/L;
[0009] 二、將混合物置于水熱反應(yīng)蓋內(nèi)膽中，在馬氣氛、壓力為OMI^a~0. 20MPa及轉(zhuǎn)速為 80巧m~1(K)巧m的條件下，攬拌均勻，然后將反應(yīng)蓋升溫至110°C~150°C，在馬氣氛、壓力 為OMPa~0. 20MPa及溫度為110°C~150°C下保溫20min~60min，最后將反應(yīng)蓋置于冷水 中冷卻至室溫；
[0010] S、打開(kāi)反應(yīng)蓋，得到固液混合物，將固液混合物抽濾，得到固體粗品并沖洗，然后 在溫度為l〇5°C下干燥，即完成降低纖維素結(jié)晶度的方法。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明能夠有效降低纖維素結(jié)晶度，且可應(yīng)用于水熱預(yù)處 理木質(zhì)纖維素原料的過(guò)程，能夠在不提高能耗，甚至有所降低的基礎(chǔ)上，降低了纖維素組分 的結(jié)晶度。
[001引 1.本發(fā)明能夠在預(yù)處理過(guò)程中降低纖維素結(jié)晶度，降低率為5%~7%，有利于后 續(xù)發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行；
[0013] 2.本發(fā)明應(yīng)用于水熱預(yù)處理玉米枯桿過(guò)程時(shí)，不會(huì)比單一水熱預(yù)處理過(guò)程帶來(lái)額 外的能量消耗，在提高半纖維素移除率、木質(zhì)素的去除率的基礎(chǔ)上，降低纖維素結(jié)晶度；
[0014] 3.相比于添加酸堿性化學(xué)試劑，本發(fā)明所使用的金屬鹽溶液對(duì)設(shè)備的耐腐蝕要求 更低，安全系數(shù)更高。
[0015] 由于玉米枯桿水熱預(yù)處理過(guò)程中纖維素結(jié)晶度基本不會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)形⑿?升高，而本發(fā)明能應(yīng)用于玉米枯桿水熱預(yù)處理中，進(jìn)一步提高玉米枯桿水熱預(yù)處理的效果， 該是由于化3+能夠與纖維素形成結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)變得更加疏松，適當(dāng)?shù)膲毫l件又能夠促 進(jìn)該個(gè)過(guò)程的發(fā)生，因而達(dá)到了降低纖維素結(jié)晶度的效果?？輻U中，半纖維素和木質(zhì)素與纖 維素通過(guò)相互纏繞形成結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中該兩個(gè)組分對(duì)纖維素結(jié)晶度的降低沒(méi)有影響。
[0016] 本發(fā)明用于一種降低纖維素結(jié)晶度的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于W下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之 間的任意組合。
【具體實(shí)施方式】 [0018] 一；本實(shí)施方式所述的一種降低纖維素結(jié)晶度的方法，具體是按照 W下步驟進(jìn)行的：
[0019] 一、將纖維素與化溶液混合，攬拌均勻，得到混合物；
[0020] 所述的纖維素的質(zhì)量與化溶液的體積比為Ig:巧~10)mL;所述的化溶液的 濃度為 0. 〇5mol/L~0. 15mol/L;
[002U 二、將混合物置于水熱反應(yīng)蓋內(nèi)膽中，在馬氣氛、壓力為OMI^a~0. 20MPa及轉(zhuǎn)速為 80巧m~10化pm的條件下，攬拌均勻，然后將反應(yīng)蓋升溫至110°C~150°C，在馬氣氛、壓力 為OMPa~0. 20MPa及溫度為110°C~150°C下保溫20min~60min，最后將反應(yīng)蓋置于冷水 中冷卻至室溫；
[0022] =、打開(kāi)反應(yīng)蓋，得到固液混合物，將固液混合物抽濾，得到固體粗品并沖洗，然后 在溫度為l〇5°C下干燥，即完成降低纖維素結(jié)晶度的方法。
[0023] 本實(shí)施方式的有益效果是；本實(shí)施方式能夠有效降低纖維素結(jié)晶度，且可應(yīng)用于 水熱預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料的過(guò)程，能夠在不提高能耗，甚至有所降低的基礎(chǔ)上，降低了纖 維素組分的結(jié)晶度。
[0024] 1.本實(shí)施方式能夠在預(yù)處理過(guò)程中降低纖維素結(jié)晶度，降低率為5%~7%，有利 于后續(xù)發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行；
[0025] 2.本實(shí)施方式應(yīng)用于水熱預(yù)處理玉米枯桿過(guò)程時(shí)，不會(huì)比單一水熱預(yù)處理過(guò)程 帶來(lái)額外的能量消耗，在提高半纖維素移除率、木質(zhì)素的去除率的基礎(chǔ)上，降低纖維素結(jié)晶 度；
[0026] 3.相比于添加酸堿性化學(xué)試劑，本實(shí)施方式所使用的金屬鹽溶液對(duì)設(shè)備的耐腐蝕 要求更低，安全系數(shù)更高。
[0027] 由于玉米枯桿水熱預(yù)處理過(guò)程中纖維素結(jié)晶度基本不會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)形⑿?升高，而本實(shí)施方式能應(yīng)用于玉米枯桿水熱預(yù)處理中，進(jìn)一步提高玉米枯桿水熱預(yù)處理的 效果，該是由于化3+能夠與纖維素形成結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)變得更加疏松，適當(dāng)?shù)膲毫l件又能 夠促進(jìn)該個(gè)過(guò)程的發(fā)生，因而達(dá)到了降低纖維素結(jié)晶度的效果?？輻U中，半纖維素和木質(zhì)素 與纖維素通過(guò)相互纏繞形成結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式中該兩個(gè)組分對(duì)纖維素結(jié)晶度的降低沒(méi)有影 響。
[002引【具體實(shí)施方式】二；本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是；步驟一中所述的纖維 素的質(zhì)量與Fe3+溶液的體積比為lg:9mL。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0029] 本實(shí)施方式與一或二之一不同的是：步驟一中所 述的化溶液的濃度為0. lOmol/L。其它與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0030] 四；本實(shí)施方式與一至=之一不同的是：步驟二中在 馬氣氛、壓力為OMI^a及轉(zhuǎn)速為l(K)rpm的條件下，攬拌均勻。其它與一至S相 同。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 五；本實(shí)施方式與一至四之一不同的是：步驟二中在 馬氣氛、壓力為0. 16MI^a及溫度為130°C下保溫40min。其它與一至四相同。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 六；本實(shí)施方式與一至五之一不同的是：步驟二中在 馬氣氛、壓力為0. 〇8MPa及溫度為130°C下保溫60min。其它與一至五相同。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 走；本實(shí)施方式與一至六之一不同的是：步驟二中在 馬氣氛、壓力為0.OSMI^a及溫度為110°C下保溫60min。其它與一至六相同。
【具體實(shí)施方式】 [0034] 八；本實(shí)施方式與一至走之一不同的是：步驟二中在 馬氣氛、壓力為〇11^3及溫度為15〇1：下保溫2〇111111。其它與一至^;：相同。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 九；本實(shí)施方式與一至八之一不同的是：步驟一中 化溶液為化C13溶液。其它與一至八相同。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 十；本實(shí)施方式與一至九之一不同的是：步驟一中所 述的纖維素為微晶纖維素。其它與一至九相同。
[0037] 采用W下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：
[0038] 實(shí)施例一；
[0039] 本實(shí)施例所述的一種降低纖