[发明专利]一种利用有机碱预处理剂预处理木质纤维素的方法

说明书

本发明涉及一种利用有机碱预处理剂预处理木质纤维素的方法。该方法在有机羟基和氨基的协同作用下降解木质纤维素，有效降解纤维质的木质素组分，实现纤维素和半纤维素的有效回收。预处理后获得的固相物质能有效酶解制备纤维糖，进而实现纤维质的高效转化和利用。本发明提供的技术方案绿色环保，纤维质预处理效率高，适合工业化应用。

技术领域

本发明属于生物质炼制技术领域，具体涉及一种利用有机碱预处理剂预处理木质纤维素的方法。

背景技术

利用木质纤维素底物制备生物基燃料和化学品具有绿色性，可持续性，是对传统石化炼制路线的有效补充和升级。目前，针对木质纤维素类物质的转化路线之一是通过酶的作用，将降解植物细胞壁中的纤维素和半纤维素降解为单糖或寡糖，进而通过微生物转化实现化学品的发酵生产。制约这一路线的主要瓶颈是木质纤维素的高聚物结构较为稳定，导致其预处理成本高昂。设计合理的木质纤维素预处理方法，可以有效去除木质纤维素中具有生物毒性的木质素成分，充分暴露可降解为纤维糖的纤维素和半纤维素成分，进而增加纤维质底物与纤维素酶的接触面积，提高纤维糖的制备效率。

多种预处理方法可以对木质纤维素进行预处理，去除包裹在纤维素内的木质素和半纤维素，将纤维素三维结构破坏，使得纤维素充分暴露，从而进一步增加纤维素酶的结合位点，提高纤维素的酶水解效率。传统的木质纤维素预处理方法存在这样或那样一些问题，例如，生物法降解木质纤维素效率较低，酸碱法等造成大量含有酸碱的污水排放，造成环境污染；水热法和有机溶剂法尽管消除了酸碱废水排放带来的环境污染问题，但较高的预处理温度对设备要求较高；此外，有机溶剂的回收和再利用也消耗了大量的能量。

因此，目前亟需研究开发一种安全、绿色、高效、工艺简单、对设备要求不高的用于木质纤维素预处理的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种利用有机碱预处理剂预处理木质纤维素的方法。该方法在有机羟基和氨基的协同作用下降解木质纤维素，有效降解纤维质的木质素组分，实现纤维素和半纤维素的有效回收。预处理后获得的固相物质能有效酶解制备纤维糖，进而实现纤维质的高效转化和利用。

为此，本发明第一方面提供了一种利用有机碱预处理剂预处理木质纤维素的方法，其包括：

步骤A，将木质纤维素原料与有机碱预处理剂的水溶液混合均匀，制得固液混合物；

步骤B，对所述固液混合物进行热处理，制得预处理混合物；

步骤C，将所述预处理混合物冷却，进行固液分离，得到固相预处理纤维素渣；其中，所述有机碱预处理剂中含有羟基和氨基。

本发明中，所述有机碱预处理剂为含有醇羟基和氨基的有机碱性化合物，和 /或含有醇羟基的有机化合物和含有氨基的有机碱性化合物的有机碱性混合物。

在本发明的一些实施方式中，所述含有羟基和氨基的有机碱性化合物为分子中含有至少一个醇羟基和至少一个氨基，常温下为液态或半液态的有机碱，优选为分子中碳原子数小于4，常温下为液态，低粘度的有机碱。

在本发明的一些具体实施例中，所述含有羟基和氨基的有机碱性化合物包括甲醇胺、乙醇胺、正丙醇胺、异丙醇胺、3-氨基-1,2-丙二醇、2-氨基-1,3-丙二醇、 2-氨基-1-丁醇、4-氨基-1-丁醇和正戊醇胺中的一种或多种。

在本发明的一些实施方式中，所述含有醇羟基的有机化合物为分子中含有至少一个醇羟基的化合物。

在本发明的一些具体实施例中，所述含有醇羟基的有机化合物包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,4-丁二醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇和甘油中的一种或多种。

在本发明的一些实施方式中，所述含有氨基的有机碱性化合物为分子中含有至少一个氨基，pH值大于7的胺类化合物。