[发明专利]一种预处理木质纤维素提高厌氧发酵产气率的方法

说明书

本发明公开了一种预处理木质纤维素提高厌氧发酵产气率的方法，属于木质纤维素预处理技术领域。本发明以胆碱或氨基酸作为阳离子前体物，以无机酸作为阴离子前体物的离子液体对木质纤维素进行预处理。本发明的秸秆预处理方法所使用的预处理试剂与现有试剂相比，无腐蚀性，对环境无污染，且预处理后无需对木质纤维素进行清洗；本发明的木质纤维素预处理方法，对半纤维素和木质素最高可降至14.87％、7.91％，纤维素的含量可提升至46.33％；预处理后无需清洗木质纤维素即可直接进行厌氧发酵，对厌氧微生物繁殖无影响，提高甲烷产率，同时可以大量减少工程量，节约大量用水，避免清洗废水的产生。

技术领域

本发明涉及一种预处理木质纤维素提高厌氧发酵产气率的方法，属于木质纤维素预处理技术领域。

背景技术

我国以秸秆为代表的木质纤维素废弃物年产7-9亿吨，其无序处置造成了资源浪费和环境污染。木质纤维素厌氧消化产甲烷是目前技术相对成熟、已有工业化生产案例、适合农村大面积推广使用的资源化方式之一，同时具有显著的能量优势。然而，目前国内外木质纤维素厌氧消化技术的实际产甲烷效率远远低于理论产气最大值，主要原因之一是木质纤维素的结构使其具有坚固、不可渗透、抗微生物分解和氧化应激等特性。对木质纤维素进行预处理可打破包裹层，并减少木质素和结晶态纤维素等难降解的组分，从而提高水解速率和降解率，加快消化启动速率、提高产气量、减少沼渣。

预处理方法可分为物理法、化学法和生物法；与物理法和生物法相比，化学法效率较高、操作简单、易于放大，是最具应用前景的预处理方法。目前研究的预处理药剂包括酸、碱、甲醇等有机溶剂、N-甲基吗啉-N-氧化物、咪唑类离子液体等。这些药剂有毒、有害、难生物降解，会抑制厌氧发酵中微生物的产气能力，因此需要在预处理后对木质纤维素进行多次清洗，才能进行厌氧发酵。清洗需要使用大量水并产生废水，导致工程量增加，还需增加废水处理工艺。此外在预处理过程中，酸和碱对设备有腐蚀性、有机溶剂挥发会对环境和操作者造成危害，N-甲基吗啉-N-氧化物会产生有毒的中间产物，咪唑类离子液体需加热至100℃以上。这些问题大大降低了预处理的工程应用性，寻找绿色、高效的预处理溶剂是降低预处理成本、实现预处理工程应用的必然要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种预处理木质纤维素提高厌氧发酵产气率的方法，所述方法以胆碱或氨基酸离子液体的水溶液作为预处理试剂，对木质纤维素表面的致密结构进行破坏，降低了难降解的木质素含量、提高了易降解的纤维素含量，从而提高了木质纤维素的可生物降解性，达到提高甲烷产率的目的。且预处理在常温下进行，降低了能耗；预处理试剂无腐蚀性、无挥发性，不会对容器和环境造成危害；残留的离子液体不会影响厌氧发酵中微生物的繁殖，因此预处理后不需对木质纤维素进行清洗，降低了废水产量和工程量，节约了成本。

本发明的第一个目的是提供一种木质纤维素预处理的方法，所述方法是采用胆碱或氨基酸离子液体对木质纤维素进行预处理，所述胆碱或氨基酸离子液体是以胆碱或氨基酸作为阳离子前体物，以无机酸作为阴离子前体物。

在本发明一种实施方式中，所述氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸，丝氨酸、苏氨酸、门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、门冬酰胺、谷氨酰胺、苯丙氨酸、酪氨酸、组氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸和焦谷氨酸。

在本发明一种实施方式中，所述无机酸包括盐酸、硝酸、硫酸、磷酸和氢溴酸。

在本发明一种实施方式中，氨基酸离子液体包括赖氨酸硝酸盐[Lys][NO₃]、甘氨酸硝酸盐[Gly][NO₃]、甘氨酸盐酸盐[Gly][Cl]、谷氨酸硝酸盐[Glu][NO₃]、半胱氨酸硝酸盐[Cys][NO₃]、半胱氨酸盐酸盐[Cys][Cl]、胆碱盐酸盐[Chl][Cl]、赖氨酸盐酸盐[Lys][Cl]。