[发明专利]一种利用MoS2

说明书

本发明属于木质纤维素原料预处理技术领域，具体涉及一种利用MoS₂活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法。本发明通过利用MoS₂对过硫酸盐进行活化，提高硫酸根自由基的生产效率，提出了一种利用MoS₂活化过硫酸盐催化体系，用于木质纤维素的预处理。本发明所述利用MoS₂活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法，此方法在过硫酸盐和纤维素酶低剂量的情况下依然具有较高的酶解效率。本发明试验结果发现MoS₂是一种高效的硫酸根型活化剂，它对SO₄^‑∙的生成效率很高。其不仅表现出优异的性能，且在低剂量过硫酸盐和低剂量的酶加载量下反应2 h酶解效率极高，达到90％以上且不需要再次调节pH。

技术领域

本发明属于木质纤维素原料预处理技术领域，具体涉及一种利用MoS₂活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法。

背景技术

由于化石燃料的不可再生性，已经不能满足全球日益增长的能源需求。作为化石燃料的替代品，生物燃料是一种具有应用前景的绿色原料，第一代生物燃料主要包括大麦、小麦、玉米、甘蔗等农作物。

中国作为农业大国，每年都产生了大量的农业生产废弃物，如玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、甘蔗渣、棉花秸秆和竹子等。农业废弃物的直接燃烧将会导致严重的环境污染，农业废弃物还田又会导致土壤病虫害、水肥流失等问题。同时，大量的农作物秸秆也是生产生物燃料的重要生物质来源。然而，由于缺乏适当的处理方法，一半以上的玉米秸秆仍未使用，而其中一些用于动物饲养，一些在露天焚烧，转化利用率较低。并且这些非正式处理玉米秸秆的做法往往会向大气中释放污染物，并对当地环境产生负面影响。

玉米秸秆作为一种典型的农业废弃物资源，其成本低廉，资源丰富，具有广阔的应用前景。但是，玉米秸秆的天然性和内部成分复杂的顽固性限制了其再利用和转化。实验证明，预处理可以打破木质纤维素的顽固结构，去除部分木质素和半纤维素，提高碳水化合物的酶解效率。因此，加工前的预处理是克服其顽固性和提高生物转化率必不可少的步骤。

目前常见的预处理技术，包括研磨、碱、酸、有机溶剂、高温、蒸汽爆破等方法，主要是通过木质素和半纤维素基质的解聚来分解木质纤维素致密的结构。但是，这些方法均有一些缺点，例如反应时间长，效率低，价格高昂等。

近些年，过硫酸盐高级氧化技术引起了广泛的讨论与关注。过硫酸盐常温下呈固态，易存储与运输，稳定性高，价格低廉且易溶于水。通过简单加热，过硫酸盐阴离子会产生硫酸根，在热活化过程中，过硫酸盐分子中的过氧化物键会发生裂解反应，形成硫酸根自由基(SO₄^-·)，通过氧化的方式破坏生物质结构，从而改变生物质的结晶度和表面特征(Seo,Yeong,Hwan,et al.Lipid extraction from microalgae cell using persulfate-basedoxidation[J].Bioresource Technology:Biomass,Bioenergy,Biowastes,ConversionTechnologies,Biotransformations,Production Technologies,2016,200:1073-1075.)。在农作物纤维素降解过程中，利用过硫酸盐预处理的方式可以促进农业秸秆生物质结构的分解，利于木质素纤维素的降解。同时，过硫酸盐高级氧化技术还具有价格低廉、反应过程中不会产生铁基污泥、不涉及危险化合物、以及容易储存运输等优点，能够很容易地替代羟自由基成为一种理想的绿色氧化预处理的方法。

而仅通过高温进行活化是远远不够的，其缺点也是相对比较明显，所需过硫酸盐浓度过高，对农作物进行降解时，还需要增加酶的添加量，并且消化率较低，难以满足其实际应用。