[发明专利]一种木质纤维素原料氨化耦合固体碱的预处理方法

说明书

本发明公开了一种木质纤维素原料氨化耦合固体碱的预处理方法，包括步骤：1)将所述木质纤维素原料经粉碎后，进行氨化处理；2)将氨化的木质纤维素原料与固体碱进行混合；3)在搅拌下通入蒸汽，使原料与固体碱进行反应，反应后物料可进行酶解、发酵等进一步处理。本发明的预处理方法具有处理条件温和、能耗低、处理效果好等优点，具有较大的市场运用前景。

技术领域

本发明属于生物质综合利用技术领域，特别涉及一种木质纤维素原料氨化耦合固体碱的预处理方法。

背景技术

农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，无论利用农作物秸秆生产何种产品，纤维原料制糖(包括葡萄糖和木糖)率都是影响整条工艺生产线的重要因素。只有当木质纤维素通过酶解作用转化为葡萄糖、木糖等单糖后，才能通过发酵过程转化为各种生物产品。因此，在木质纤维素转化能源的过程中，糖化是最关键的步骤，也是木质纤维素能源化转化过程中的限制性步骤。目前，纤维素水解糖化的主要途径有化学法水解和酶法水解。酶法水解因其工艺条件温和、设备要求简单、能耗低、副产物较少、对环境友好等优点而得到广泛的应用，如何采用酶解方式实现秸秆有效糖化仍然是该领域的研究热点。

预处理的主要目的就是破除木质纤维原料的顽抗性即去除木素，同时解除木素和纤维素与半纤维素形成的复杂网状结构，在降低纤维素结晶度的同时，增大物料的表面孔径和表面积，以此来提高纤维素酶对木质纤维原料的可及度等，也可因木素的去除而减少后续酶水解过程中对纤维素酶不可逆吸收，进而大大提高酶解效率。

目前国内外采用的预处理方法可以大致分为物理法预处理(机械粉碎法、高温分解、微波照射、冷冻粉碎和辐射处理等)、化学法预处理(酸处理、碱处理、氧脱木素法以及有机溶剂法等)、物理化学结合法预处理(蒸汽爆破法、氨纤维爆破法以及CO₂爆破法等)以及生物预处理等。这些预处理方法效果不同，有各自的优点和缺陷。预处理方法的选择不仅要考虑预处理木质纤维原料的效果，还要考虑预处理过程中产生的能耗、化学药品的回收以及预处理是否产生后续酶解发酵抑制物，总体来说，前述现有技术手段均存在能耗较高以及预处理效果较差的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种木质纤维素原料氨化耦合固体碱的预处理方法，采用氨化、碱相结合的手段，其条件温和、能耗低且预处理效果好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

木质纤维素原料氨化耦合固体碱的预处理方法，包括如下步骤：

步骤1)，将木质纤维素原料粉碎，进行氨化处理；

步骤2)，将步骤1)中氨化处理得到的固体原料与固体碱混合，固体原料与固体碱的重量比为10:1～15:1；

步骤3)，在搅拌下通入蒸汽，使固体原料与固体碱进行反应，反应的温度维持在80～100℃，反应时间2小时～4小时，完成预处理。

所述木质纤维素原料为农林废弃物或富含纤维素原料的城市固体垃圾。

所述步骤1)中，氨化处理为按重量加入3％～5％的尿素常温下厌氧处理14～30天，或按重量加入5％～10％的氨水常温下厌氧处理7～15天。

所述步骤1)中，氨化处理后的物料进行酶解、发酵的进一步处理。

所述固体原料的含水率50％～70％。

所述固体碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁中的一种或多种。

本发明的原理在于：