[发明专利]一种拆解分离林木生物质组分的方法

说明书

本发明提供一种拆解分离林木生物质组分的方法，该方法包括如下步骤：(1)半纤维素组分的拆解分离：将林木生物质的粉末与FeClsubgt;3/subgt;酸性电解水溶液混合，在水热反应釜中反应，反应结束后产物固液分离，得到富含半纤维素降解产物的液体和富含纤维素和木质素的固体；以及(2)木质素组分的拆解分离：将得到的固体产物与三元低共熔溶剂混合，在常压反应釜中反应，反应结束后固液分离，得到富含木质素的液体和富含纤维素的固体；不仅能得到液体中溶解组分高溶解率，还能得到固体中组分的高保留率，从而实现林木生物质三大组分的拆解分离和全组分高值化利用，提高林木生物质生物炼制的经济性，同时处理过程清洁无污染。

技术领域

本发明属于生物质处理技术领域，具体涉及一种拆解分离林木生物质组分的方法。

背景技术

林木生物质产业正在成为引领科技创新和先进生产力发展的一个新的主导产业，而林木生物质组分拆解分离与转化成为制约林木生物质产业发展的瓶颈问题。林木生物质中主要组分有纤维素、半纤维素和木质素，其相互交织构成致密的网络状结构。纤维素本身具有特殊的结晶结构，木质素与纤维素、半纤维素间通过醚键、酯键等化学键联接，形成木质素-碳水化合物复合体，难以被纤维素酶水解，因此木质纤维素原料必须经过适当的处理实现组分分离，才能够实现生物质高效利用。林木生物质各组分完整的分离开之后才能进一步高效转化利用。

在众多的处理方法中，稀硫酸处理是比较成熟且使用最多的方法。稀硫酸处理虽然可以去除90％以上半纤维素，但处理完成后的硫酸直接排放污染环境且具有腐蚀性，同时要求反应设备必须耐腐蚀；产生的废酸液必须用碱来中和处理才可以排放；而且在高温酸性条件下，很容易产生降解副产物糠醛、乙酸、羟甲基糠醛、酚类物质等，这些副产物都是后续酶解发酵的抑制物，必须经过脱毒处理才能进行下一步利用。稀硫酸处理虽然能使半纤维素达到很高的去除率，但其回收利用率较低，同时还伴随部分纤维素和木质素的去除。在林木生物质组分分离中，如果考虑在高效分离其中一种组分的同时，保证另外两种组分尽可能的不受到影响，这样才能使林木生物质原料中纤维素、半纤维素和木质素三大组分真正实现高效全利用。此外，清洁无污染也是组分分离方法选择的重要考虑因素。

电解水，是指在特殊装置中将含低浓度电解质(NaCl、KCl等)的水溶液经电解处理，使水的pH值、氧化还原电位、有效氯浓度等指标发生改变而产生的具有特殊功能的酸性电解水和碱性电解水的总称。在高温高压下电解水反应性强，既是反应介质又是反应催化剂。电解水具有环境友好、对人体无毒副作用和制取方便等特点，在医疗卫生、农业生产、食品加工、畜禽养殖、餐饮业等领域有着非常广阔的应用前景。其中强酸性电解水的pH值通常在2.0～3.5之间，氧化还原电位在1000～1200mV，有效氯浓度为30～300mg/L，如果能将酸性电解水应用于林木生物质处理过程，则可以避免处理以及后续排放过程中由于大量使用硫酸而带来的环境污染问题。

低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)作为一种新型合成绿色溶剂于2003年首次被报道。DES可以通过双组分或三组分组合制备，DES是氢键受体(HBA，如季铵盐)和氢键供体(HBD，如酰胺、羧酸和多元醇)以一定比例，通过氢键作用力结合在一起，在低于其组分熔点的温度下融化的低共熔混合物。DES用于生物质处理，可高效拆解分离木质素，但同时也伴随着一定量的纤维素和半纤维素的去除。

综上所述，研发一种林木生物质三大组分单一拆解分离的方法，分别获得高纯度的纤维素、半纤维素、木质素组分，对于后续的高值化利用，具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种拆解分离林木生物质组分的方法，用于解决现有技术中林木生物质原料中各组分实现完全利用以及清洁无污染处理的问题。