[发明专利]一种纤维类生物质高效预处理分离半纤维素及其综合利用方法

说明书

本发明提出了一种纤维类生物质原料高效预处理分离半纤维素及其综合利用方法，以纤维类生物质原料这种林木生物质资源为原料，首先对纤维类生物质原料进行浆态法预处理：将纤维类生物质原料经球磨机研磨后过筛，得到一定目数的纤维类生物质原料粉在室温下与水按比例混合，得到纤维类生物质原料粉浆态预混液。通过反应温度、时间及水量的调控，实现浆态纤维类生物质原料粉预混液体系中纤维类生物质原料粉水热高效脱除半纤维素。将混合液过滤后，滤液通过梯度沉淀法分离低分散度的半纤维素，干燥沉淀后保存。滤渣与极性非质子溶剂和水混合后，在加压反应釜中加热搅拌一定时间后，过滤分离得到高纯纤维素，水洗干燥后保存。滤液与水混合后静置，将析出的粉末过滤干燥保存。滤液经减压蒸馏回收水和溶剂及少量小分子化学品，并循环使用。本发明以我国特有的速生林木纤维类生物质原料为原料，过程绿色环保，成本低廉，半纤维素分散度低，得率高，且所用溶剂均可高效回收利用，环境友好，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于木质纤维类生物质的预处理技术，特别是水热法预处理纤维类生物质分离低分散半纤维素，然后定向液化分离高纯纤维素和解离木质素多酚的方法。

背景技术

近年来，随着地球上不可再生的化石资源的枯竭和世界范围环境污染的日益加剧，人们越来越关注利用可再生资源生产能源或化学品以满足人类社会的需求。生物质储量丰富，是一种可再生和廉价的资源，生物质资源在人类社会进步中发挥着越来越重要的作用，它被认为是部分替代石油资源最有效的可再生资源。纤维类生物质是一种丰富的生物质资源，可直接转化为液体燃料和化学品，因此被认为是化石资源的理想替代品。

纤维类生物质组分复杂，主要由“三大素”：纤维素、半纤维素和木质素构成，其中纤维素含量在30-40％，半纤维素含量15-30％，木质素含量20-30％。以纯的纤维素为原料，经过酸水解或酶水解的方法直接制备乙醇、丁醇等液体燃料或者乙酰丙酸、糠醛等高附加值化学品，工艺过程简单，产物易分离纯化，在世界范围内已实现工业化生产。然而若直接以廉价的纤维类生物质为原料，其工艺冗长，产物组分复杂，稳定差，难以直接作为高附加值的液体燃料和化学品使用，需要复杂的精炼工艺。且不同纤维类生物质原料这三种组分的含量和种类差异性较大，而工业催化剂或生物酶的专一性，易在纤维类生物质解聚过程中得到的酚类物质或者胡敏素等存在下失活，使得直接将纤维素类生物质一步水解成乙醇等成为难题。通过高效的预处理方法，先将纤维类生物质原料中半纤维素选择性水解为低聚糖，得到物性差异较大的纤维素和木质素再进一步分别解聚成为高附加值的液体燃料和化学品成为有效解决上述问题的办法。因此，利用温和的水解法从纤维类生物质原料中高效脱除半纤维素成为了研究的热点。

现有的生物质水解方法主要是酸水解、碱水解和酶水解：