[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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。本发明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。本发明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，本发明采用如下技术方案：

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℃条件下抽提2～4小时；所述的高温抽提采用温度为100～160℃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。