[发明专利]一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维质原料生产乙醇的技术领域，尤其是涉及一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法。

背景技术

生物质是一种重要的可再生资源，由其生产燃料乙醇满足绿色环保、可持续发展的要求，是最有可能取代石油的新能源，具有巨大的发展前景，也是当前研究的热点之一。我国生物质原料非常丰富，年产量约11.45亿吨，其中秸秆达到7亿多吨，玉米秸秆占到了35％，如果将它们转化成气体或液体燃料，将有力缓解人类所面临的资源危机、能源短缺以及环境污染等一系列问题。但是，玉米秸秆等木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构，由于其本身致密的结晶结构，直接进行酶解效率很低，所以必须进行预处理。

目前，玉米秸秆的预处理方法大致可分为物理法、化学法和生物法。物理法主要是采用粉碎、高能辐射、蒸汽爆破等方式降低纤维素的结晶度，提高其可及度。其中粉碎和高能辐射能耗高，对酶解率的提高幅度很小。而蒸汽爆破预处理是一种有效的预处理方法，它主要是利用高温高压蒸汽，通过瞬间释放压力过程，实现原料的组分分离和结构变化。蒸汽爆破预处理能有效地实现木质纤维素化学组分分离，并且不用或少用化学药品，对环境无污染，能耗较低，是近年来发展比较快、低成本的木质纤维素高效分离技术。但是，此方法一般需要在200～230℃下进行，压力达到2～3MPa，对操作要求高，限制了其工程化应用。若采用稀酸预处理木质纤维素，能有效地将半纤维素水解为单糖和可溶性的低聚物，从而改善纤维素的转化，降低蒸汽爆破处理的压力和时间。化学法主要是用酸、碱、有机溶剂等除去半纤维素、木素，但对环境的污染严重。生物法则主要采用一些微生物(主要是白腐真菌、褐腐真菌、软腐真菌)降解木质素。但这些微生物发酵周期长、效率低，无法工业生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有纤维质原料生产乙醇预处理技术的不足，提供一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法。采用本发明方法可以有效提高酶解得率。

一种玉米秸秆生产乙醇的新型预处理方法，以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆磨碎后进行中性和弱酸性中压蒸汽爆破预处理，然后通过对比研究，得出弱酸性中压蒸汽爆破预处理与中性蒸汽爆破预处理的产物混合后，有利于后续酶解反应的进行。

本发明的技术方案如下：

一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法，该方法的具体步骤为：

S1：取玉米秸秆原料，机械粉碎至3～5cm，在自然状态下风干至水分小于5％～10％，得到玉米秸秆粉末，常温干燥环境条件下贮存，备用；

S2.预水解：将S1步骤所得玉米秸秆粉末平衡水分，加入水和酸液，进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品a和水解液，供后续分析使用；

S3.预水解：将S1步骤所得玉米秸秆粉末平衡水分，进行中性蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品b和水解液，供后续分析使用；

S4.对S2和S3所得到的爆破样品进行化学组分分析和形态结构分析，对预水解液进行糖分分析；

S5.分别收集S2和S3预水解后的样品a和样品b，洗涤干净后，按照绝干质量比为1:1～3:1的比例混合，得到用于后续酶解发酵的纤维素底物。

上述方法中，所述玉米秸秆取自我国东北地区。

上述方法中，S2中，所述弱酸性中压蒸汽爆破预处理的条件为：底物浓度为0～20％，酸液质量分数为0～2％，爆破压力为0.8～1.0MPa，反应时间为0～15min。

上述方法中，S3中，所述中性蒸汽爆破预处理的条件为：底物浓度为0～20％，酸液质量分数为0％，爆破压力为0.8～1.0MPa，反应时间为0～15min。

上述方法中，所述酸液为硫酸溶液。

上述方法中，分析仪器为Olympus BX51生物显微镜、Carl Zeiss EVO18型扫描电子显微镜、IC 5000离子色谱仪、Metso FS-300自动纤维分析仪、Micro Meritics ASAP2020全自动比表面积孔隙分析仪以及其它常规分析仪器。

本发明的有益效果是：

本发明采用弱酸性中压蒸汽爆破技术对玉米秸秆进行预处理，硫酸用量少，预处理效果高，更有利于降低生产成本，提高酶解效率。

本发明采用弱酸性中压蒸汽爆破技术对玉米秸秆进行预处理，在提高秸秆产糖率的同时，去除对发酵过程具有抑制作用的半纤维素和少量木质素，为进一步进行燃料乙醇等产品的清洁高效生产提供了一条有效途径。

附图说明