[发明专利]一种秸秆木质纤维素原料的预处理方法

说明书

一种秸秆木质纤维素原料的预处理方法，它涉及木质纤维素的预处理方法。它是要解决现有的利用杂多酸降解木质素的方法存在的催化剂的制备成本高、溶剂成本高的技术问题。本方法：将风干秸秆粉与磷钨酸水溶液混匀后，进行两段加热，其中第一段的温度105℃、加热时间1h～4h；第二段的温度130℃～160℃、加热时间20min～60min；然后抽滤，固体残渣为完成预处理的秸秆木质纤维素，滤液收集后回收磷钨酸。本方法的总糖回收率为70％～84％，催化剂回收率为70％～80％，可用于生物质预处理领域。

技术领域

本发明涉及木质纤维素的预处理方法。

背景技术

我国是农业大国，农作物秸秆资源丰富。随着农业生产方式的转变和能源消费替代产品的使用，秸秆资源区域性、季节性、结构过剩现象不断凸显。农作物秸秆中富含木质纤维素，将秸秆木质纤维素转化为燃料乙醇是生物质资源高效利用的重要途径。目前，以粮食为原料生产一代燃料乙醇的技术工艺成熟稳定，但以秸秆等农林废弃物为原料生产二代纤维素乙醇时，由于秸秆木质纤维具有顽抗结构特性，木质素、半纤维素紧密的包裹在纤维素外层，阻碍了酶与底物接触，造成纤维素水解难、糖化率低的问题。所以，在酶解和发酵之前，需要先对秸秆木质纤维素基质进行预处理，以提高其水解糖化效率。

传统的预处理方法各有优点，但难以兼顾能耗、预处理效率、废液处理成本及环保性等问题，限制了纤维素乙醇的工业化进程。目前，稀硫酸水解法仍然是最主要的生物质预处理方法，硫酸催化剂可以有效的水解、溶出纤维素和半纤维素，但是存在废液处理成本高和环保性差的问题；此外，虽然硫酸催化剂对木质素的降解效果差，但是仍有一部分被降解的酸溶木质素与纤维素、半纤维素的水解产物混合在一起，难以分离，造成底物竞争作用，会增加发酵菌株用量、增加生产成本。近年来，新型工业菌株已具备同时转化C₆糖和C₅糖的能力，半纤维素已能够被转化和利用。因此，降解和脱除木质素成为预处理过程的关键技术问题。

杂多酸属于固体酸范畴，具有催化活性高、选择性好、热稳定性好、可回收再利用和低腐蚀性等优点，在催化化学领域受到广泛关注，尤其是Keggin型结构的杂多酸，其给质子能力强，兼具强酸性和强氧化性，具有储备电子并保持原来结构不变、将体相成为反应场的“假液相”行为，逐渐表现出替代传统酸催化剂的趋势。不久前，国内、外学者研究发现一些Keggin型杂多酸，如：磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸等，对降解木质素表现出良好的选择性。

2018年东北林业大学的硕士论文《杂多酸H₃PW₁₂O₄₀与H₅PV₂Mo₁₀O₄₀催化降解木质素的研究》公开了一种利用以H₃PW₁₂O₄₀为催化剂，对麦草碱木质素和酶解木质素进行催化降解的方法，但是该方法中，H₃PW₁₂O₄₀要负载于ZrO₂骨架内，利用此复合材料催化降解乙醇-水溶剂中的麦草碱木质素与酶解木质素。催化剂的制备成本高。

中国科学院新疆理化技术研究所资源化学研究室采用典型的固体杂多酸(硅钨酸，磷钨酸，磷钼酸)作为催化剂，在γ-戊内脂/水溶剂体系内，对原木木粉中木质素进行了有效脱除，获得了富含纤维素的材料。该方法使用溶剂的成本高。

发明内容

本发明是要解决现有的利用杂多酸降解木质素的方法存在的催化剂的制备成本高、溶剂成本高的技术问题，而提供一种秸秆木质纤维素原料的预处理方法。

本发明的秸秆木质纤维素原料的预处理方法，按以下步骤进行：

一、将风干秸秆粉碎成秸秆粉，干燥至恒重；