[发明专利]酸性两相体系一锅法拆解木质纤维生物质三大组分的方法

说明书

本发明属于生物质化学品制备技术领域，公开了一种酸性两相体系一锅法拆解木质纤维生物质三大组分的方法。包括以下操作步骤：将一定量的酸以及经磨粉抽提后的木质纤维生物质原料加入反应罐中，再加入一定量的水溶液和有机溶液，封装于反应器中升温进行反应，反应后取出反应罐冷却至室温，即可得到富含木糖/阿拉伯糖的水溶液，溶解木质素和含有少量糠醛的有机溶液，以及剩余富含纤维素的固体残渣。本发明方法具有反应过程简单、反应效率高的特点，木糖/阿拉伯糖得率为3.12％‑100.00％，半纤维素脱除率为34.25％‑98.15％，纤维素保留率为72.26％‑97.05％，木质素脱除率为22.59％‑89.37％。

技术领域

本发明属于生物质化学预处理技术领域，具体涉及一种酸性两相体系一锅法高选择性拆解木质纤维生物质三大组分的方法。

背景技术

木质纤维生物质预处理拆解三大素可为后续其制备增值化学品如燃料乙醇、γ-戊内酯等的生产提供强有力的技术支持，在强调发展绿色能源的今天具有十分重要的意义。

通常木质纤维生物质预处理只是将三大组分中的一种脱除，如脱除木质素，剩余成分为由半纤维素和纤维素组成的综纤维素；由于半纤维素是三大组分中最易脱除的部分，也会选择性水解去除半纤维素，剩余成分则由纤维素和木质素构成。以上，都不能一步将三大组分有效分离获得，不能分别充分利用生物质的所有组分。

基于两相体系的生物质预处理可有效将木质纤维生物质三大组分分离，又有研究将其称之为Organocat，但此时所用的酸只能是有机酸，包括草酸和呋喃二甲酸；有机相目前只有2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)一种。基于此，目前还没有其他有机酸或无机酸应用于两相体系下的生物质预处理；也没有其他来源于石油化工的其他有机溶剂被应用于该体系作为有机相；更没有两相体系预处理概念的提出。

目前有文献提出了Organocat预处理(Fractionation of lignocellulosicbiomass using the OrganoCat process,Green Chem.,2015,17,3533)，但其使用的酸仅为草酸，有机溶剂只有2-甲基四氢呋喃一种，且该文献未对比不同溶剂体积比的问题。该文献提供的方法局限性大，反应效果较差。

发明内容

为了弥补现有的木质纤维生物质预处理方法不能一步将生物质三大组分有效拆分并分别分离获得的不足，开发基于两相体系下的一锅法酸水解预处理具有广阔的应用前景。

本发明的目的在于提供一种两相体系下的一锅法酸水解预处理的方法，实现半纤维素、木质素和纤维素的高选择性拆解及组分定向迁移不同相。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种酸性两相体系一锅法高选择性拆解木质纤维生物质三大组分的方法，包括以下步骤：

在反应罐中加入经磨粉抽提后的木质纤维生物质原料、酸，加入有机溶剂和水溶液，反应罐封装在反应器中并升温进行反应，反应结束后的反应罐冷却至室温，即可得到富含木糖/阿拉伯糖的水溶液，富含木质素或者木质素和糠醛的有机溶液，以及富含纤维素的固体残渣。最终产物为黄色或深棕色的分层溶液，固体残渣分散于底部。

优选的，所述木质纤维生物质原料包括麦草秸秆、玉米秸秆、木材、灌木等。

优选的，所述酸为有机酸或无机酸，其中，有机酸包括对甲苯磺酸、草酸、呋喃二甲酸、L-苹果酸、丙二酸、顺丁烯二酸、酒石酸等，无机酸包括硫酸、盐酸等。

优选的，所述酸的浓度为0.05M～1M。

优选的，所述有机溶剂包括异丁醇、2-甲基四氢呋喃、甲苯、甲基异丁基酮、环戊基甲醚、2-丁醇等。

优选的，所述有机溶剂和水溶液的加入量之比(体积比)为0.2～5.0。