[发明专利]一种利用强酸性电生功能水降解生物质中半纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质转化与利用领域，具体涉及一种利用强酸性电生功能水降解生物质中半纤维素的方法。

背景技术

生物质产业正在成为引领科技创新和先进生产力发展的一个新的主导产业，而生物质组分分离与转化成为制约生物质产业发展的瓶颈问题。天然生物质组分复杂的化学组成及精细的超微分子结构，要求必须对其进行预处理，才能够实现生物质高效利用的第一步——组分分离。生物质各组分完整的分离开之后才能谈及其高效转化利用的问题。

在众多的预处理方法中，稀酸预处理和碱预处理是比较成熟且使用最多的两种方法。稀酸溶液虽然可以去除绝大多数半纤维素，但在高温酸性条件下，木糖很容易进一步降解成糠醛。使得半纤维素虽然能达到很高的去除率，但回收利用率较低。碱预处理应用最多的是制浆造纸方面的碱法蒸煮，这种方法是建立在保留绝大部分纤维素，最大限度的脱除半纤维素和木质素，由于强烈的化学改性使木质素自身的活性和应用价值被破化，无奈成为组分分离过程中无法进一步利用的副产物而只能选择被燃烧利用其热能，丧失该组分原有的利用价值。因此，必须考虑在高效分离其中一种组分的同时，保证另外两种组分尽可能的不受到影响。这样，才能使生物质原料中纤维素、半纤维素和木质素三大组分真正实现高效全利用的模式。同时，清洁无污染也是组分分离方法选择的重要考虑因素。

电生功能水，也叫电解水，是指使用电解装置对极低浓度的NaCl或其它盐溶液进行电解，从而使溶液的pH值、氧化还原电位(ORP)、有效氯浓度(ACC)、溶解氧(DO)、电导率(TDS)等一系列指标发生变化。电生功能水具备酸碱性、氧化还原性、生物膜透过性、经济环保等特点。尤其是在高温高压下电生功能水反应性强，既是反应介质又是反应催化剂，为生物质分离及利用奠定了良好的基础，是实现生物质清洁高效再利用的有效方式。其中，酸性电解水由于具有低pH值、高氧化还原电位、活性氧、活性氯等特性，在医疗卫生、农业生产、食品加工、禽畜养殖、餐饮业等领域有着非常广阔的应用前景。但将酸性电解水应用于生物质的预处理领域未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种降解生物质原料中半纤维素的方法。

本发明所提供的降解生物质原料中半纤维素的方法，包括下述步骤：使生物质原料在酸性电生功能水中进行连续水解反应，将生物质原料中的三大组分之一的半纤维素转化为木糖和低聚木糖，从而实现半纤维素与纤维素和木质素的分离。

本发明中，所述酸性电生功能水(以下简称AEW)可由普通电解法制备，或由磁化电解液法和/或低温电解法制备，其pH值为1.8-5.0，优选为2.0-3.0，具体pH值可为：2.0、2.3或3.0；所述酸性电生功能水的氧化还原电位(ORP)为750-1300mV，优选为1100-1260mV，具体可为：1260mV、1200mV或1100mV。

普通电解法制备AEW的具体方法如下：将含NaCl和/或KCl质量浓度为0.5-3‰的去离子水电解5min-3h得到所述酸性电生功能水；所述电解的条件为：电压大于等于20小于等于60V，电流大于0小于等于1A。该方法得到的AEW，其pH值一般为2.3～5，ORP值在750～1200mV。

磁化电解法制备AEW的方法，包括下述步骤：

1)将制备电生功能水所用的电解液进行磁化处理，得到磁化电解液；

2)将所述磁化电解液进行电解，得到酸性电生功能水。

其中，所述电解液具体可为质量浓度为0.5-3‰的NaCl和/或KCl溶液；所述NaCl和/或KCl溶液中的溶剂均为去离子水。

所述磁化处理的具体方法如下：将电解液循环通过法线方向(指磁场方向与水流方向垂直)上强度为5000-40000Gs的磁场或电磁场；所述电解液的线速度为0.5-5m·s^-1，磁化处理的时间为每升电解液处理0.5-5h。

所述电解的电流密度为2-50mA·cm^-2，电解时间为10min-3h。

低温电解法制备AEW的具体方法如下：将制备电生功能水所用的电解液进行电解，整个电解过程中维持电解液的温度在-3℃-10℃，得到强化酸性电生功能水。

所述电解液具体可为质量浓度为0.5-3‰的NaCl和/或KCl溶液；所述NaCl和/或KCl溶液中的溶剂均为去离子水。

磁化电解液法+低温电解法制备AEW：

1)将制备电生功能水所用的电解液进行磁化处理，得到磁化电解液；

2)将所述磁化电解液进行电解，电解过程中维持磁化电解液的温度在-3℃-10℃，得到强化的酸性电生功能水。