[发明专利]一种木质纤维素水解物的糖、酸、盐分离方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及木质纤维素稀酸水解物中糖、酸、盐组分的分离及其利用方法。

背景技术

木质纤维素是由纤维素、半纤维素与木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的一类物质的统称，它构成了植物细胞壁的主要成分，是地球上最丰富的可再生资源。纤维素，半纤维素的水解产物是可发酵性还原糖，用木质纤维素制备可发酵性糖浆，进而发酵生产燃料乙醇、木糖醇，有机酸等能源和基本有机化工产品，或者是直接由水解液制备高附加值产品木糖，是植物纤维资源的重要利用途径。

无机酸水解是利用木质纤维素制备可发酵性糖浆一种十分传统的方法，具有工艺简单，效率高的独到的优点。木质纤维的稀酸水解一般采用两步水解工艺，即先用较低浓度的酸，在相对低的温度条件下水解半纤维素部分，分离出以木糖为主成分的半纤维素水解物，再用较高浓度的酸并在较高的温度条件下水解纤维素部分，得到以葡萄糖为主成分的纤维水解物。两部分水解物可分别，或合并发酵生成不同的产物。

木质纤维稀酸水解工艺虽然简单，但是水解过程所用的酸必须从水解物中除去，才能制备符合发酵要求的糖浆。传统工艺用石灰中和法除去水解过程所用的无机酸，但这个过程实际仍然消耗了大量的酸，并且会生成大量难以处理的环境污染物硫酸钙。中和脱酸法的这些缺点完全抵消了木质纤维素酸法水解的优势，在经济与环保上变得不可行。

除了水解所用的无机酸，木质纤维素水解脱乙酰基生成的乙酸是重要的微生物发酵抑制剂，除去乙酸是提高纤维水解物的发酵性能的有效措施。在这方面有过许多专门的文献报道。如Henry等“用突变体酵母从硬木亚硫酸浆选择性除去醋酸”(Henry Schneider.Selective removal of acetic acid from hardwood-spent sulfite liquor using a mutant yeast.Enzyme and Microbial Technology.1996，19：94-98.)，Wickramasinghe等“吸附膜与树脂从生物质水解液除去醋酸”(Wickramasinghe S R，Grzenia D L.Adsorptive membranes and resins for acetic acid removal from biomass hydrolysates.Desalination.2008，(234)：144-151.)，PRIDDY等人鼓泡法对活性炭处理水解液除去醋酸的影响(PRIDDY S A，HANLEYE T R.Effect of Agitation on Removal of Acetic Acid from Pretreated Hydrolysate by Activated Carbon.App Bioch and Biotech.2003(105-108)：353-364)等。

若能实现木质纤维水解物的糖-酸分离，那么就能够发挥无机酸水解的优势，同时避免酸中和法的种种弊端。因此，糖酸分离就成为制备纤维水解物的重要研究方向。

通过电渗析法除去纤维水解物中的无机酸，或有机酸是一种被广泛探讨过的纤维水解物酸回收方法。

中国专利03129636.x，(专利名：电渗析法分离生物质水解液中糖和酸。发明人，颜涌捷、李得、张素平等)公开了一种生物质水解液糖酸分离的方法，将经预处理的生物质水解液在由双极性膜和阴离子交换膜组成的二室式双极膜电渗析装置中，在操作电压为20V--50V的条件下进行糖酸分离和酸的回收，分离时间为120--468分钟，糖的损失率2.3--3.8％，酸的回收率大于98％。该方法实现糖酸分离花费的时间长达120--468分钟，效率明显较低。

中国专利200810020227.7(专利名称：一种包含酸回收的木质纤维素预处理的方法及其系统。发明人，贾红华、严立石、黄和等)公开了一种木质纤维素的预处理和酸回收方法，将木质纤维素装入循环反应器中，并注入盐酸，打开循环泵在温度为50℃-200℃下进行循环反应，反应结束后向得到的水解液中加入氯盐并加热，其挥发的HCl和产生的水蒸气被水流通过文丘里管产生的负压吸走并溶于通过的水中，通过循环流动回收水解液中的HCl，除酸后的水解液用于发酵。缺点也是明显的，HCl本身有较强的挥发性和腐蚀性，也容易破坏糖。醋酸也是挥发性的，蒸发的过程不能完成醋酸的分离回收。