[发明专利]处理

说明书

本发明涉及一种处理木质纤维素生物质以溶解其中的木质素同时纤维素不溶解的改进方法。所得的纤维素浆料可用于生产葡萄糖。另外，可以分离木质素以用于后续在可再生化学工业中作为芳香族平台化学品的来源使用。

糖类(例如糖)可用于生产多种可以用作化学品和溶剂的产物，例如，可将糖发酵来制备生物乙醇。木质素和半纤维素也可用于制备多种燃料和生物化学品。目前生物燃料通常源自食物资源。这导致几个问题：与食物供应竞争原材料；每单位面积土地的产量低；以及需要高能量输入来使作物成长。可以通过水解淀粉来产生所需要的糖，或可使用由诸如甘蔗或甜菜等植物生产的蔗糖。如果可以使用来自农业残余物、林业残余物和能源作物的植物的木质部分，则这些问题可以得到缓解。

植物的木质或结构部分经进化而抵御降解。它们主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。需要对该材料进行预处理以破坏结构。通常，预处理包括一个或多个以下步骤：除去半纤维素；修饰和增溶木质素；水解半纤维素-木质素连接；和降低纤维素纤维的结晶度。这使得纤维素更易被酶接触。发酵阶段的所形成的任何潜在抑制剂在调理阶段被除去。

先前已描述了若干预处理方案。这些方案包括蒸汽爆破、利用稀酸或碱催化、氨纤维膨胀、有机溶剂制浆和生物预处理。所有这些方法具有各自的缺点。还描述了使用离子液体的预处理。离子液体(IL)是在所关注的温度下为液体的盐。可以选择阴离子和阳离子的组合以满足所需要的特定应用。

WO10/0056790描述了使用基本无水的离子液体来溶解生物质，之后可以利用各种溶剂将其分离。WO08/090155和WO08/090156均描述了使用离子液体来溶解全部生物质组分，例如木质素、半纤维素和纤维素。在这些方法中，通常通过添加适当的溶剂以使纤维素沉淀出并能够分离，从而将纤维素与其他组分分离。将含有[MeSO₄]^-和二烷基咪唑鎓阳离子的离子液体应用于生物质预处理的两份近期报告得出以下结论：离子液体不能增强枫木或玉米芯的可消化性。

WO2008/112291描述了使用离子液体来预处理含有木质素的生物质，以提高后续糖化反应中的产率。离子液体用来使含有纤维素的生物质结构溶胀，而不实现木质纤维素的任何溶解。木质素可以作为糖化后的固体而回收。

US2010-0081798描述了使用含有多原子阴离子的离子液体来使木质纤维素增溶。纤维素溶解在所述离子液体中。

WO2005/017252描述了使用具有芳香族阴离子的离子液体来溶解生物质中的木质素，从而使所获得的纤维素纤维可以得到进一步加工。

WO 2005/017001描述了采用诸如氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓等离子液体以便利用微波辐射和/或压力将木质纤维素材料溶解。木质素可以在纤维素沉淀之前从溶液中除去。离子液体将木质素和纤维素材料都溶解。阳离子包含5元或6元杂环，该杂环可选地与苯环稠合。

WO2012/080702描述了采用离子液体溶解木质纤维素生物质中的木质素，同时使纤维素保持未溶解且不溶胀。这使得所产生的纤维素浆料能够在进行糖化之前得到机械分离。通过简单地添加反溶剂(例如水)，也可以使木质素从离子液体中沉淀出来。这意味着离子液体可以再循环。

先前的研究已采用全烷基化的或大的芳香族阳离子，通常为二烷基咪唑鎓。这些材料使用昂贵，因此不适合商业目的。离子液体的成本是其在生物质预处理和纤维素/木质素分离中的应用的一个主要障碍。简单烷基铵由简单前体大规模制造，因此更廉价。通过添加可以以低成本获得的适合的酸(如硫酸)，可由这些烷基铵制得离子液体。

本发明涉及一种处理木质纤维素生物质以溶解其中的木质素但不溶解纤维素的方法，所述方法包括：

(a)使木质纤维素生物质接触含有离子液体的组合物以产生纤维素浆料，其中，所述离子液体包含(i)式I的阳离子

其中

A¹至A⁴各自独立选自H、脂肪族基团、C_3-6碳环、C_6-10芳基、烷基芳基和杂芳基；或其混合物；和