[发明专利]生物质加工

说明书

本申请为国际申请号为PCT/US2011/024470，国际申请日为2011年2月11日，发明名称为“生物质加工”的PCT申请于2012年8月3日进入中国国家阶段后申请号为201180007938.0的中国国家阶段专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2010年2月17日提交的美国临时申请第61/305,281号的优先权。该临时申请的全部公开内容通过引用结合在此。

背景

纤维素和木质纤维材料在许多应用中大量地生产、加工和使用。这些材料往往使用一次，然后就作为废物丢弃，或直接就被当做废弃材料，例如污水、甘蔗渣、锯屑和秸秆。

各种纤维素和木质纤维材料、其用途以及应用已经在美国专利第7,074,918号、第6,448,307号、第6,258,876号、第6,207,729号、第5,973,035号和第5,952,105号以及各种专利申请中描述，这些专利申请包括“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”PCT/US2006/010648(2006年3月23日提交)和“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”美国专利申请公布第2007/0045456号。

概述

一般来讲，本发明涉及含糖材料(例如生物质材料或生物质衍生材料)、加工这些材料以改变其结构的方法和由所述结构上改变的材料制成的产品。许多所述方法提供可以更容易地被各种微生物利用以生产有用中间体和产品(例如，能量、燃料如乙醇、食品或材料)的材料。

本文中公开的方法包括通过非机械处理的结构改性处理(例如选自由辐射、超声、热解、氧化、蒸汽爆破、化学处理和其组合组成的组的处理)来处理生物质材料以改变所述材料的结构，并且随后机械处理所述结构上改变的材料。在一些实施方式中，重复一个或多个这些步骤。例如，所述材料可以经受两次或两次以上结构改性处理(例如照射)，在结构改性处理之间进行机械处理。在一些实施方式中，所述生物质材料在结构改性之前进行初步机械处理(例如)以缩减尺寸。所述初步和随后的机械处理可以是相同(例如，剪切，接着在照射之后再进行剪切)或不同(例如，剪切，接着在照射之后进行粉碎)的。

不希望受理论限制，人们认为结构改性处理减弱或部分破坏(例如微裂缝)材料的内部晶体结构，随后的机械处理打碎或此外进一步破坏所述被削弱的结构。这些连续事件降低原料的抗性，使处理的原料更容易地被转化成产品，例如燃料。所述任选的初步机械处理步骤可以例如通过降低材料尺寸或“打开”所述材料用于制备结构改性的原料材料。

已经发现使用本文中描述的方法生产产品的总能量需求往往比仅包括结构改性处理或初步机械处理接着进行结构改性处理的类似方法的总能量需求低。例如，在结构改性处理之后进行一种或多种机械处理时，所述结构改性处理可以以更低的能量水平进行而对抗性具有相同或更好的净效应。在照射的情况下，在一些实施方式中，可以向原料输送相对低的剂量，例如小于60Mrad，例如约1Mrad至约60Mrad，或约5Mrad至约50Mrad。因此，本文中描述的方法可以允许以相对低的成本使用通常加工难和能量密集的原料制造中间体或产品。

然而，可以使用大范围的辐射剂量。例如，照射的剂量可以是约0.1Mrad至约500Mrad，约0.5Mrad至约200Mrad，约1Mrad至约100Mrad，或约5Mrad至约60Mrad。

一方面，本发明的特征为一种包括机械处理已经经受结构改性处理的结构上改性的生物质原料的方法，所述结构改性处理选自由辐射(例如电子束辐射)、超声、热解、氧化、蒸汽爆破、化学处理和其组合组成的组。

一些实施方式可以包括一种或多种以下特征。机械处理可以包括选自由切割、碾磨、按压、粉碎、剪切和切削组成的组的加工。碾磨可以包括例如使用锤磨机、球磨机、胶体磨、圆锥或锥形磨、盘磨机、轮碾机、Wiley粉碎机或砻谷机。在一些实施方式中，结构上改性包括例如用电子束照射，单独使用或与本文中描述的一种或多种其它结构改性处理组合使用。机械处理可以在环境温度下或在减温下进行，例如如在美国专利第12/502,629号中公开的，其全部公开内容通过引用结合在此。所述方法可以进一步包括重复所述结构改性和机械处理步骤一次或多次。例如，所述方法可以包括在机械处理之后进行额外的结构改性处理。