[发明专利]产生炭的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及从含木素纤维素材料残余固形物产生活性炭的方法及其用途。

背景技术

活性炭或吸附性碳是具有很高内表面积的固体吸附剂。它们产生自多种含碳起始材料并且能够用于多种多样的工业应用，包括废水处理、溶剂回收、空气和气体净化、或其它希望从溶液去除杂质(如有机化合物)的应用。

从含木素纤维素材料或“生物质”产生发酵产物在本领域是已知的，包括预处理、水解和发酵所述含木素纤维素材料。

生物质的预处理产生不合需要的副产品，包括脂肪族酸、呋喃衍生物如糠醛(furfural)和5-羟甲基糠醛(HMF)、以及酚类化合物。这些化合物被称作“抑制剂”，并且已知负面影响发酵生物如酵母的发酵性能，且负面影响用于酶法水解经预处理的生物质的某些酶的性能。

已知多种从经预处理的生物质水解物去除所述抑制剂的方法，包括中和、用氢氧化钙进行过量浸灰处理(overliming with calcium hydroxide)、活性炭、离子交换树脂和使用漆酶的酶法解毒。这些方法通常称作解毒。经预处理的生物质水解物的解毒能够改善水解过程中酶的效率并且增加某些发酵生物的发酵性能。然而，这些解毒方法可能为困难、耗时且令人不敢问津的昂贵。在已知的方法中，使用活性炭是经常的选择，原因是该方法的速度和简便性。然而，在从生物质产生发酵产物(特别是乙醇)的方法中使用活性炭由于活性炭的成本仍然是花费高得惊人。

从生物质产生发酵产物的方法的另一种副产品是含有不可发酵材料的大量残余固形物。常常将这些固形物在发酵之前或之后从生物质粗水解物中去除，然后处理掉。有人表明残余固形物可以通过焚烧它们而产生热和能量来处理。然后产生的热和能量可用于从生物质产生发酵产物的方法中。这种处理方法实质上“再循环”所述残余固形物。然而，从各方法回收的残余固形物的量能够产生的热和能量比获得所述残余固形物的方法所需要的多。因此，存在必需处理的过量的残余固形物，或过量的热和能量。

非常期望使用活性炭以廉价和高效的方式解毒经预处理的生物质水解物，以及通过增加酶的效力(减少酶加载量)、增加发酵生物的发酵能力和减少处理残余固形物的需求来降低从含木素纤维素材料产生发酵产物的总体成本。

发明内容

本发明的一个方面涉及从含木素纤维素材料残余固形物产生活性炭的方法，其中所述方法包括：

i)预处理含木素纤维素材料；

ii)水解经预处理的含木素纤维素材料；

iii)回收残余固形物；

iv)从所述残余固形物产生活性炭。

附图简述

图1表明商业上可得到的活性炭对纤维素转化成葡萄糖的百分比(％)的作用。

图2表明从生物质残余固形物制备的炭对纤维素转化为葡萄糖的百分比(％)的作用。

发明详述

根据本发明，活性炭能够产生自从发酵方法回收的残余固形物，其中发酵产物是使用一种或多种发酵生物自含木素纤维素材料产生的。

如在本文中使用，“木素纤维素”或“含木素纤维素材料”意指主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的材料。这种材料在本文中也称作“生物质”。

如在本文中使用，“残余固形物”或“不溶性固形物”意指在预处理、水解或发酵之后存在于生物质水解物中的不溶性物质。残余固形物的组成取决于生物质的来源，但是可以包括木质素和未转化的多糖，以及任何在预处理和/或水解之前或过程中添加的不溶性物质。如果将发酵生物加入水解物用于发酵，那么短语“不溶性固形物”还包括该发酵生物和任何其它在发酵之前或过程中添加的不溶性物质。在一个实施方案中，残余固形物在发酵之前去除。在另一个实施方案中，残余固形物在发酵之后去除。

热解(pyrolysis)是通过在缺乏氧或任何其它试剂的条件下加热来化学分解有机质的方法。在此处，术语“热解”意指在低氧或无氧环境中将含碳有机质加热并干馏(dry-distill)以产生富含碳的固形物的方法。这种方法也可以称作碳化。在一个实施方案中，炭是通过热解从生物质残余固形物制备的。根据本发明涵盖任何导致炭从生物质残余固形物形成的热解方法。合适方法的选择对本领域技术人员会是显而易见的。影响选择的因素包括，但不限于，可用的设备、残余固形物的量和残余固形物的来源。