[发明专利]一种多元醇基酸性低共熔溶剂综合利用木质纤维素的方法

说明书

本发明涉及木质纤维素的预处理技术领域，具体涉及一种利用酸性多元醇低共熔溶剂预处理提高木质纤维素利用价值的方法。主要包括多元醇基酸性低共熔溶剂的配制及其对去抽提物木质纤维素原料的处理，固液分离的滤渣在纤维素复合酶作用下水解，以增强纤维素向葡萄糖的转化效率，并提高葡萄糖纯度；滤液经水沉淀再生可分离得到木质素，且剩余滤液可回收再用于新的预处理过程。本方法的工艺过程无任何金属催化剂的添加，经预处理可快速解离木质纤维组分，得到木质素和纤维素两大组分，并以纤维素为转化对象提高酶解糖化效率，所得葡萄糖纯度高，降低后续提纯成本，且溶剂可循环利用、成本低廉。本发明通过绿色环保的方法分离利用木质纤维的两大组分，有利于木质纤维素组分的综合利用。

技术领域

本发明属于木质纤维生物质精炼领域，具体涉及一种利用酸性多元醇低共熔溶剂预处理提高木质纤维素利用率的方法。

背景技术

竹材、秸秆、木屑、稻壳等农林废弃物资源是低成本且丰富的生物质资源，有望减少更大比例的不可再生的化石能源的使用。开发利用木质生物质资源是缓解能源危机的重要途径，而实现木质纤维素多组分的高效分离和高值化利用，受到了越来越多科研工作者的关注。

木质纤维素包含碳水化合物(纤维素、半纤维素)和木质素。其中，碳水化合物可以在酶的作用下水解成可发酵单糖，然后通过适当的工艺转化成生物乙醇；而木质素作为含苯环高分子芳香化合物，催化降解后可得到多种含苯环的平台化合物。碳水化合物转化成可发酵糖和木质素的高效分离是生产生物燃料以及平台化学品的瓶颈所在。

预处理技术能够大幅改变木质纤维素生物质原有的抗降解物理化学结构，极大地促进生物质资源的转化，进而提高生物质生产生物燃料及平台化学品的总产量。传统的预处理技术普遍存在效率低、污染大和溶剂回收困难等问题。低共熔溶剂(DES)是通过一定摩尔比的氢键供体和氢键受体通过组分间的范德华力和强氢键作用组成的混合物，使其熔点远低于单个组分的熔点。低共熔溶剂不易燃、不挥发、成本低、化学稳定性好且可重复利用，成为一种经济环保的绿色溶剂。

胆碱类低共熔溶剂对木质纤维素具有较好的溶解能力，可在预处理过程中将部分木质素从木质纤维原料中剥离出来，提取出来的木质素具有纯度高，分子量小的特点。以氯化胆碱为氢键受体，尿素作为氢键供体，此类低共熔溶剂主要体现为对纤维的溶解及木质素纯化效果。基于氯化胆碱的双元DES，处理效果较好的以有机酸(草酸、乳酸)为典型，例如Shen等人发现氯化胆碱/乳酸体系处理(110℃，6h)后，赤桉木的酶水解转化率高达94％(Green Chem.2019,21,275-283)，但有机酸的成本和处理时长带来的能量损耗问题尤为明显。单纯以多元醇为氢键供体(HBD)合成DES用作预处理(150℃，9h)，木质素和半纤维素的脱除率仅为14.3％和5.6％(Ind Crop Prod.2021,167,113480)。Xia等人基于酸性多位点配位理论设计的三元DES体系(ChCl/glycerol/AlCl₃·6H₂O)尽管将木质素分馏效率提升到了95.46％，但金属离子的引入避免不了后处理成本的增加。因此，一种绿色高效、低成本DES溶剂体系的开发应用，是木质纤维生物质高值化应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于多元醇的酸性低共熔溶剂体系，在充分释放木质纤维素中碳水化合物的同时，实现木质素的回收。该方法具有操作简单、溶剂可再利用、木质纤维素总利用率高等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多元醇基酸性低共熔溶剂综合利用木质纤维素的方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将木质纤维素原料破碎至60-80目粒径，以2:1体积比的甲苯-乙醇溶液进行抽提，65℃恒温烘干去抽提物原料；

步骤(2)、称取一定量的多元醇和氯化胆碱按一定比例混合，在80-130℃的温度条件下，以150-500rpm(视溶剂的粘度变化有所不同)的速度搅拌至清澈透明，再加入一定量的酸溶液继续搅拌反应10min，确保多元醇基DES体系的均匀；