[发明专利]一种生物质原料预处理方法及获得预处理料的应用

说明书

本发明公开了一种生物质原料预处理方法及获得预处理料的应用。包括如下步骤：S1、将杨木、桉木或稻草生物质原料粉碎，得到杨木屑、桉木屑或稻草粉；S2、将步骤S1所得杨木屑、桉木屑或稻草粉与对甲基苯磺酸水溶液混合均匀，得到混合物料；S3、将步骤S2所得混合物料置于高温摇床中加热至一定温度，反应一定时间；S4、反应结束，收集残渣和预处理液，完成杨木、桉木或稻草纤维的预处理。本发明实现了杨木、桉木中木质素半纤维素大量脱除，稻草中木质素大量脱除，半纤维素实现保留，有利于酶解获得可发酵糖。同时将杨木屑、桉木屑、稻草粉三种预处理残渣和预处理液做处理，得到纳米木质素与纳米纤维素。

技术领域

本发明属于生物质能源与材料、新能源及木质生物质精炼领域，具体涉及一种木本、草本生物质原料差异化高效预处理的方法，以及获得的预处理料的应用。

背景技术

木质纤维原料主要包含纤维素、半纤维素、木质素和少量的果胶。半纤维素与木质素相互交联覆盖于纤维素表面，形成致密的保护层，并且植物细胞壁由多层结构组成，各壁层中组分分布差异较大，其结构复杂性和组分分布不均一性构成了生物质转化过程中的天然抗降解屏障，严重阻碍了木质纤维素生物质向燃料乙醇的生物转化。为提高生物质转化效率，必须通过预处理工艺改变物料的物理或化学特性，去除木质纤维生物质中的大部分半纤维素使其变得疏松并暴露出更多的酶接触位点，从而克服生物质的难降解性。在植物生物量中，脱木质素作用是成功解构细胞壁的关键，在聚合物中，中间的木质素层起着胶的作用，将细胞粘在一起。

对甲基苯磺酸水溶液的pKa值是-2.8，它能够很容易地提供氢质子，打破木质素和碳水化合物(LCC)之间的化学键。且对甲基苯磺酸的苯环部分是非极性的亲油基团，可以通过Π-Π堆积或疏水性形成胶束包裹住木质素，有利于木质素的溶出和分离。同时对甲基苯磺酸在常温下的溶解度低，可通过低温结晶实现其高效回收实现再利用。

本发明意外的发现对甲基苯磺酸水溶液的特性，其能够脱除木本生物质原料中的大部分木质素和半纤维素；而在处理稻草这类草本生物质时，能够保留大部分半纤维素和纤维素，为之后的酶解糖化提供更多的原料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的预处理时间长、对环境污染大等不足，提供一种操作简易、成本低廉、效率高的木本及草本生物质原料处理方法，实现杨木、桉木纤维中半纤维素大量降解和部分木质素脱除，同时能够使稻草类草本植物纤维素、半纤维素均得到保留，以获得更多碳水化合物，并使生物质原料结构疏松、表面积增大，为后续的酶解发酵产乙醇打下坚实的基础。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种生物质原料预处理方法，包括如下步骤：

S1、将杨木、桉木或者稻草生物质原料粉碎，得到杨木屑、桉木屑或稻草粉；

S2、将步骤S1所得原料与对甲基苯磺酸水溶液混合均匀并浸渍，得到混合物料；

S3、将步骤S2所得混合物料加热反应后，加入去离子水将对甲基苯磺酸浓度稀释终止反应；

S4、反应结束，分别收集固体残渣和预处理液，完成预处理。

所述步骤S1中，杨木屑、桉木屑或稻草粉粒径10-60目；杨木屑的含水率为7％-8％，桉木屑的含水率为7-9％；稻草粉含水率4-7％。

所述步骤S2中对甲基苯磺酸水溶液浓度为60-80％；优选70-75％，生物质原料与对甲基苯磺酸水溶液的固液比为：0.5:10-2.5:10(g/mL)；优选为1：10。

所述步骤S3中，加热反应温度50-90℃，优选80℃；时间40-120min，优选60min。

所述步骤S3中，反应结束后加入去离子水将反应体系中甲基苯磺酸水溶液稀释到20-30％终止反应；优选30％终止反应。