[发明专利]一种基于糠醛类化合物萃取剂的两相生物质预处理联产化学品方法

说明书

本发明公开了一种基于糠醛类化合物萃取剂的两相生物质预处理联产化学品方法。该方法以酞酸酯或苯甲酸酯作为萃取剂，以至少含有无机酸、金属盐中的一种的酸性水溶液或酸性的含胆碱类离子液体或咪唑类离子液体的溶液作为极性溶液，在萃取剂‑极性溶液两相体系中对生物质原料进行预处理，从含糠醛、5‑羟甲基糠醛等糠醛类化合物的生物质转化利用过程的极性溶液中高效萃取产物，并结合生物质预处理过程，从而实现木质纤维素类生物质预处理并联产糠醛类化合物的目的。该方法对糠醛类化合物的萃取效率高，产物易于分离，萃取剂和极性溶液能循环使用，具有高效、节能、低成本的优点。

技术领域

本发明涉及生物质能源转化利用技术领域，具体涉及一种基于糠醛类化合物萃取剂的两相生物质预处理联产化学品方法。

背景技术

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。基于木质纤维素类生物质为原料生产燃料、材料或化工品的生物炼制技术日益受到人们关注。糠醛、5-羟甲基糠醛及其卤代烷基糠醛等糠醛类化合物是一类重要的化工中间体，其衍生物在溶剂、树脂合成、芳香剂、化妆品、塑料制品等领域有着广阔的应用前景。糠醛类化合物可由生物质中纤维素、半纤维素及其衍生糖(葡萄糖、木聚糖等)脱水异构制得，但其易于缩聚，产物产率有限。为提高糠醛类化合物的产率，在反应过程中，添加多相萃取剂以稳定产物是常用的方法，常见的萃取剂有甲基异丁酮、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯、正丁醇、甲苯、环戊基甲醚等。现有萃取剂对糠醛类化合物产率具有促进作用，然而其萃取效率有限，与产物分离困难，水相溶解度大等不足，限制了其应用。

木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素之间相互联接，形成致密和复杂的空间三维结构，直接利用木质纤维素酶水解发酵产糖的效率非常低。通过预处理打破木质纤维素致密结构，降低“顽抗性”，以增加后续酶水解和发酵效率，是木质纤维素生物质精炼过程中必不可少的步骤。现有酸预处理、碱预处理、高温液态水预处理、爆破预处理、亚硫酸盐预处理等预处理技术，主要是通过物理或化学的方法，改变木质纤维素结构，增加纤维素对纤维素酶可及性来提高碳水化合物转化为可发酵糖的产率与效率。

虽然通过现有预处理方法可有效打破木质纤维素结构，增加后续酶水解和发酵效率，但因液体酸碱使用带来的腐蚀性及回收困难，亚硫酸盐预处理带来的气液污染，水热预处理高能耗及原料适应性窄，蒸汽爆破后酶解抑制剂去除需额外成本，预处理设备难于规模化等都限制了现有预处理技术的大规模工业化运用。为此，有必要寻求节能而绿色、高效而经济的预处理方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点与不足，提供一种基于糠醛类化合物萃取剂的两相生物质预处理联产化学品方法，利用L酸和(或)B酸的酸性来催化木质纤维素组分的断键分离、半纤维和纤维素转化制备糠醛类化合物，同时利用酞酸酯或苯甲酸酯溶剂的高沸点、高疏水及对糠醛类化合物高度溶解特性，与极性溶液形成两相，高选择性地萃取相转移糠醛类化合物，抑制其缩聚，以进一步提高产物收率，并将木质纤维素物料转化为适宜后续酶解发酵原料用以酶解产糖。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于糠醛类化合物萃取剂的两相生物质预处理联产化学品方法，包括以下步骤：

(1)将粒度0.5～3mm的生物质原料加入反应器中，按生物质原料与极性溶液的质量体积比为1g:(2～10)mL加入极性溶液，按萃取剂与极性溶液的体积比为1:(0.4～4)加入萃取剂，形成萃取剂-极性溶液两相体系，80～140℃下搅拌预处理反应20～180min，反应结束后过滤得到预处理后的原料渣，并分离溶有糠醛类化合物的萃取剂相和极性溶液相，所述的生物质原料为至少含有纤维素或半纤维素的植物或废弃物；所述的萃取剂为酞酸酯和苯甲酸酯中的至少一种；所述的极性溶液为至少含有无机酸、金属盐中的一种的酸性水溶液或酸性的含胆碱类离子液体或咪唑类离子液体的溶液，其中酸性的含胆碱类离子液体或咪唑类离子液体的溶液的酸性可由离子液体或外加酸提供；