[发明专利]生物质分级分离的工艺操作

说明书

本发明涉及一种分级分离生物质材料的方法，其包括：(i)使所述生物质与酸催化剂共混形成浆料；(ii)任选地在惰性气氛下，使所述浆料与有机溶剂试剂混合形成预处理混合物；(iii)对所述预处理混合物进行超声处理；(iv)任选地在高压釜中在压力下加热步骤(iii)的产物；(v)分离所得分级混合物中的固体组分和液体组分；(vi)任选地洗涤所述固体组分；(vii)任选地干燥所述固体组分；(viii)将所述液体组分分离为有机组分和含水组分；以及(ix)从所述有机组分中分离木质素和/或从含水组分中分离半纤维素。

技术领域

本发明涉及一种用于处理生物质材料的新工艺。

特别地，本发明涉及用于将各种木质纤维素原料分级分离为其基本成分(即纤维素、半纤维素和木质素)的方法，该方法使用超声处理和任选的高压釜。

背景技术

大多数植物生物质材料(如木材)被称为木质纤维素材料，其包括三种主要成分，即纤维素、半纤维素和木质素。

纤维素：一种由β(1→4)直链连接的D-葡萄糖单元组成的多糖,其通常包括7000至15,000个葡萄糖分子。

半纤维素：与纤维素相关的多糖，但是其衍生自包括葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖在内的多种糖类，其由包含约200个糖单元的短链构成。

木质素：分子量超过10,000的交联高分子，具有相对疏水性和芳香性。木质素富含苯丙烷类物质，例如对羟基肉桂醇、松柏醇和芥子醇。

最近，共同未决的国际专利申请PCT/GB2009/002731描述了加工生物质的方法，其包括生物质材料在酸性含水介质中的消化，进行超声波处理及将生物质分离为木质素、半纤维素和纤维素组分。

我们已发现一种新的加工体系，其有益于生物质材料的处理、以及将生物质分级分离为其组成部分木质素、半纤维素和纤维素。

发明内容

图1示出根据本发明的处理生物质的整体方法。将生物质供料加入有机溶剂试剂的稀酸水溶液中，所述生物质在共混阶段至少部分地水解。优选地，对所述混合物进行脱气。然后，在预处理阶段对脱气的混合物进行超声处理，然后传输至高压釜或者二次超声处理以进行消化。消化后，对所述混合物进行分级，添加水以释放半纤维素(如糖类)和木质素(如醇类)的液体成分。随后的分离阶段分离出各个组分。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种分级分离生物质的方法，其包括以下步骤：

(i)使生物质材料与酸催化剂共混以形成浆料(阶段1)；

(ii)任选地在惰性气体下使所述浆料(阶段1)与有机溶剂试剂共混，以形成预处理混合物(阶段2)；

(iii)对预处理混合物(阶段2)进行超声处理，以及任选的加热(阶段3)；

(iv)任选地在高压釜中在压力下加热阶段3的产物(阶段3a)；

(v)将阶段3或阶段3a中分级混合物分离为固体组分(阶段4a)和液体组分(阶段4b)；

(vi)任选地洗涤所述固体(阶段4a)；

(vii)任选地干燥所述固体组分(阶段4a)(以回收纤维素材料)；

(viii)将液体组分(阶段4b)分离为有机组分(阶段5a)和含水组分(阶段5b)；以及

(ix)从有机组分(阶段5a)中分离木质素和/或从含水组分(阶段5b)中分离半纤维素。

图2的流程图示出了本发明这一方面的方法。

任选地，步骤(i)和(ii)可以合并成一个共混阶段，其中包括，任选地在惰性气氛下，使生物质材料与酸催化剂和有机溶剂试剂混合。