[发明专利]一种酸性低共熔溶剂及制备与在预处理秸秆提高酶解效率中的应用

说明书

本发明公开了一种酸性低共熔溶剂及制备与在预处理秸秆提高酶解效率中的应用。以含苯环的季铵盐和有机酸反应制备酸性低共熔溶剂，所得酸性低共熔溶剂在预处理秸秆提高酶解效率中的应用方法为：先将秸秆与DES溶剂混合进行预处理，然后进行木质素的提取和秸秆残渣的酶解糖化。本发明中秸秆木质素去除率达到75～84％，纤维素的保留率达到了90％，秸秆残渣酶解效率达到71～89％。本发明可在较低温度和较短时间内高效分离秸秆组分，提高木质素去除率的同时高度保留了纤维素组分，提高了酶解糖化效率。

技术领域

本发明属于生物质资源化的技术领域，具体涉及一种酸性低共熔溶剂及制备与在预处理秸秆提高酶解效率中的应用。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人们对能源的需求日益增加。在全球的能源结构中，化石能源仍然占据主导地位，超过80％的能源来自煤、石油、天然气等化石能源，然而化石能源属于不可再生能源，不断增长的需求与有限的存储量势必导致人类面临能源枯竭的局面。因此，寻找绿色、可再生的化石燃料替代资源进行开发利用，以实现全球经济的可持续发展成为了人类的必然选择。

纤维素乙醇是解决能源短缺和资源匮乏的有效途径，纤维素乙醇作为替代燃油具有以下几个优势：(1)纤维素是世界上唯一可预测的能为人类提供物质和燃油的可再生资源，合理的应用有利于农业、工业经济的发展；(2)纤维素乙醇的应用能减少温室气体排放，能缓解地球变暖问题，符合世界各国消减碳排放的政策导向；(3)新能源车的普及推广和乙醇燃油的车用技术成熟，为纤维素乙醇带来广阔市场。我国作为农业大国，生物质资源丰富，大量农业废弃物常常未得到充分利用，甚至焚烧造成资源浪费和环境污染。如何合理高效的利用这些农作物秸秆转化为纤维素乙醇，实现变废为宝具有重要意义。

生物转化法是纤维素制备乙醇最广泛、最具发展前途的方法，木质纤维素酶解发酵生产乙醇主要包括预处理、酶解、发酵和蒸馏等步骤。但是木质纤维素结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，纤维素以微纤丝的状态存在排列紧密，构成细胞壁的骨架。半纤维素分散或包裹在纤维素微束的周围，保护纤维素不受破坏。木质素分布在纤维素和半纤维素的表面，形成保护层。纤维素和半纤维素之间以及纤维素分子内部主要靠氢键形成氢键网络，半纤维素和木质素之间主要靠醚键和酯键等连接形成网络结构。三者错综复杂地缠绕在一起形成稳定牢靠的整体，因此木质纤维素常常表现出抗降解能力和生物顽抗性。天然的木质纤维素若直接进行酶解糖化，不仅纤维素酶用量大，而且酶解糖化效率非常低甚至该过程无法进行。因此在木质纤维素进行酶解糖化之前，通过预处理来打破木质纤维坚实的细胞壁结构、降低纤维素的结晶度以及去除部分半纤维素和木质素，以提高糖化效率，成为了木质纤维素原料生物炼制技术的核心步骤。