[发明专利]预处理玉米秸秆的方法及玉米秸秆预处理物

说明书

本发明公开了一种预处理玉米秸秆的方法及玉米秸秆预处理物。其中，该方法包括以下步骤：将粉碎后的玉米秸秆与磷酸三钠溶液混合，然后对得到的混合物进行蒸煮以及酶解糖化。应用本发明的技术方案，使用磷酸三钠溶液对玉米秸秆进行处理，磷酸三钠的用量可以在浓度较低的条件下实现较好的预处理效果，这样由于减少了磷酸三钠的用量，废水会更加容易处理，能够有效的降低了预处理的成本。

技术领域

本发明涉及化学工程技术领域，具体而言，涉及一种预处理玉米秸秆的方法及玉米秸秆预处理物。

背景技术

我国是农业大国，以农作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质资源丰富，总产量超过7亿吨，其中玉米秸秆占36.7％，玉米秸秆有效地利用纤维素资源对人类面临的能源危机有现实意义。

构成木质纤维素材料的主要成分包括：纤维素、半纤维素和木质素。在长期的自然进化过程中，绿色植物形成了阻止微生物及酶降解的细胞壁，纤维素被半纤维素及木质素紧密包裹起来，形成诸如“钢筋混凝土”的结构。由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，玉米秸秆纤维素原料直接进行水解时，其水解程度是很低的。木质纤维素材料特殊的结构组成决定了乙醇生产工艺的复杂性：需要进行一定的预处理以打破细胞壁抵抗微生物降解的屏障，提高纤维素酶的酶解效率。预处理的主要作用是降解木质素、破坏纤维素的晶体结构、增加生物质的孔隙度和比表面积，加大纤维素酶对于纤维素的可及性，从而提高底物的降解率。因此，预处理是木质纤维素原料生物炼制过程中必不可少且至关重要的一步。

现有的预处理方法主要有物理、化学、生物等多种方法，或是上述方法的组合，其中化学法和物理法是各国研究者的研究重点。化学法预处理主要用碱、无机酸、有机溶剂和氧化剂等作为预处理试剂。在有机溶剂预处理过程中，使用有机溶剂或者有机溶剂与无机酸催化剂的混合溶液可破坏纤维原料内部的木质素和半纤维素之间的连接键。然而，预处理过程虽然显著提高了纤维素材料的可降解性，却也增加了整个生产工艺的复杂性，设备投资以及生产的成本。此外，预处理过程中使用的各种化学试剂也增加了后续处理的难度及环境威胁。

例如，使用酸性的或者是碱性的盐类也可以用于木质纤维素类的预处理，比如亚硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐等。在专利CN 105063100 A中公开了一种碱性盐结合双氧水预处理非木材纤维原料的方法：将非木材纤维原料浸泡在混合溶剂中，底物浓度5～20g/L，在50～120℃处理1～6h，反应结束后加0.5～2倍体积的去离子水室温搅拌10～30min再生纤维素原料，固体残渣用水洗涤，即完成预处理过程。预处理后的固体回收率在40％～80％之间，木质素去除率在20％～90％之间，纤维素保留率75％～95％之间，半纤维素保留率70％～90％之间。该预处理方法有效的去除木质素，大量的保留纤维素和半纤维素，从而提高酶水解糖化效率。虽然该方法取得了较好的处理效果，但是使用碱性盐的使用量大，处理时间长，处理过程中预处理液消耗量大，并且加入氧化性较强的双氧水，在一定程度上增加了过程的复杂性，并且也给预处理液的处理带来了很多的问题，成本较高。由于预处理成本是制约纤维素乙醇产业化的因素之一，必须在保证较好预处理效果的同时，设法降低预处理的成本。

因此，研究开发低成本、高效、环保节能的预处理方法是推动生物乙醇产业化发展的关键之一。

发明内容

本发明旨在提供一种预处理玉米秸秆的方法及玉米秸秆预处理物，以提供一种低成本、高效、环保节能的玉米秸秆预处理工艺。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种预处理玉米秸秆的方法。该方法包括以下步骤：将粉碎后的玉米秸秆与磷酸三钠溶液混合，然后对得到的混合物进行蒸煮以及酶解糖化。

进一步地，用于粉碎的玉米秸秆的含水率控制在15％以下。

进一步地，玉米秸秆粉碎至2.8mm以下。

进一步地，磷酸三钠溶液为采用十二水合磷酸三钠配置的水溶液；优选的，磷酸三钠水溶液的浓度为4.3g/L～33.0g/L。