專利名稱：用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法
技術領域：
本發明涉及一種制取燃料酒精前原料預處理的方法。
背景技術：
預處理方法和工藝是纖維素類物質制取燃料酒精的關鍵步驟之一，其成本
占據整個工藝的30%以上，而現有的各種方法都由于成本過高、能耗過大一直 沒有得到推廣應用。因此開發經濟適用、效果好的預處理方法對生物質制取燃 料酒精具有重要意義。
纖維素類物質的復雜結構和纖維素的結晶區阻礙纖維素酶的進入，使得生 物降解難于迅速進行。因此人們不得不借助化學的、物理的方法進行預處理， 使纖維素與木質素、半纖維素等分離開；使纖維素內部氫鍵打開，使結晶纖維 素成為無定性纖維素，使剩余的固體物質更容易被化學或生物的方法水解。
化學法有酸水解、堿水解等方法。化學法雖然具有比較好的預處理效果， 但是由于在處理過程采用酸或堿，導致處理后樣品的pH值偏高或偏低，需要 進行pH值調節，才能進行后期的糖化發酵工藝，同時還存在試劑的回收、中 和、洗滌等問題，增加處理用水量，造成后期生產廢水處理成本的增加。
物理化學方法主要有蒸汽爆破法和C02爆破法。蒸汽爆破法是目前國際 上研究較為深入的方法。 一般做法是將物料加熱到20(TC左右后保持 0.5 15min，在高溫高壓下使水分子穿透生物質的細胞壁結構，然后迅速打開 閥門降壓，造成纖維素晶體的爆裂，木質素和纖維素分離。該法缺點是高溫高 壓環境，對設備要求嚴格，成本高，同時造成企業生產廢水的排出，增加后期
廢水處理費用。C02爆裂原理與操作過程類似于蒸汽爆裂，但是成本高于蒸汽爆破。
物理法有機械法、微波預處理和高溫熱水預處理等方法。機械破碎是一種 最常使用的植物纖維素原料預處理方法，大多數植物纖維素原料在進行其他的 預處理以前，都要對其進行機械破碎。對于機械破碎預處理而言，盡管處理后 粒徑越小越有利于后面的水解(糖化)，但所需要的能量也會增加，存在一個
機械破碎預處理植物纖維素原料的最佳粒徑。但是機械破碎法耗能大，耗能占
生產過程總耗能的50 60%。高溫熱水預處理是在高溫高壓(溫度>200匸，壓
力大于同溫度下的飽和蒸汽壓)使用液態水對植物纖維素原料進行預處理的過 程。這種高溫預處理同樣過程會導致有價值組分的損失，而預處理的自水解產 物對下游酒精發酵有一定的抑制作用。微波預處理是表面微波可以改變植物纖
維素原料的超分子結構，使纖維素結晶區尺寸發生變化；能夠部分降解木質素 和半纖維素，從而增加其可及度，提高植物纖維素的酶水解(糖化)的效率。華 中農業大學喻子牛教授用微波與堿聯合預處理稻草秸稈，將稻草在1%的 NaOH溶液中經微波高溫處理6min，發現預處理后稻草植物纖維的孔徑變大， 物料的可及性和酶解速度大大提高。但是對纖維素酶的毒性較大，而且木質纖 維素類物質在堿性條件下容易產生類似"黑漿"的預處理液，造成二次污染。
生物方法預處理植物纖維素原料，研究最多的是白腐真菌分解植物纖維素 原料中的木質素，進而提高植物纖維素原料的水解效率。但存在周期長，菌體 會利用部分纖維素與半纖維素，使植物纖維素原料的水解得率降低等不足。
發明內容
本發明為了解決現有的各種預處理方法中如蒸汽爆破法、酸水解法等成本 過高、能耗過大或者條件過于劇烈等缺點，以及生產周期長、造成二次污染的 問題，而提出了一種用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法。
本發明方法的步驟如下取已平衡水分的基質粉末10g，按固液比1: 30
50加入水，放入微波處理器中，在600 1000W的微波功率條件下進行預處 理30 60min，之后進行洗滌過濾，預處理完成。
本發明將微波引入預處理過程，在保證預處理效果的前提下，簡化了工藝 過程，縮短了處理時間，降低了生產能耗和成本，同時不會造成二次污染，易 于實現工業應用。本發明的最優條件是分別通過對液固比、加熱時間以及微波 功率進行優化后所得出，在最優條件下分別獲得49.1%的葡萄糖轉化率， 21.1%的木糖轉化率和76%的理論乙醇產率。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的步驟如下取已平衡水分的基質粉末10g，
按固液比l: 30 S0加入水，放入微波處理器中，在600 1000W的微波功率
條件下進行預處理30 60min，之后進行洗滌過濾，預處理完成。本實施方式 中的微波處理器采用普通家用微波爐。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末為木 質纖維素粉末，木質纖維素粉末為甘蔗、稻殼和秸稈中的一種粉末或其中幾種 粉末的混合物，其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末為
80 100目，其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末為 85 95目，其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末為
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具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末與水 的固液比l: 35 45。其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同點在于基質粉末與水 的固液比l: 40。其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同點在于微波處理器的
處理過程中采用700 900W微波功率進行處理。其它組成和步驟與具體實施
方式一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同點在于微波處理器的
處理過程中采用800W微波功率進行處理。其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同點在于微波處理器的
加熱時間為35 50min。其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同點在于微波處理器的
加熱時間為40min。其它組成和步驟與具體實施方式
一相同。
權利要求
1、用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其特征在于它的步驟如下取已平衡水分的基質粉末10g，按固液比1∶30～50加入水，放入微波處理器中，在600～1000W的微波功率條件下進行預處理30～60min，之后進行洗滌過濾，預處理完成。
2、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于基質粉末為木質纖維素粉末，木質纖維素粉末為甘蔗、稻殼和秸稈中 的一種粉末或其中幾種粉末的混合物。
3、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于基質粉末為80 100目。
4、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于基質粉末為卯目。
5、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于基質粉末與水的固液比l: 35 45。
6、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于基質粉末與水的固液比l: 40。
7、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于微波處理器的處理過程中采用700 900W微波功率進行處理。
8、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于微波處理器的處理過程中采用800W微波功率進行處理。
9、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于微波處理器的加熱時間為35 50min。
10、 根據權利要求1所述的用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，其 特征在于微波處理器的加熱時間為40min。
全文摘要
用于燃料酒精生產的原料微波預處理方法，它涉及制取燃料酒精前原料的預處理的方法。本發明解決了現有各種預處理方法中成本過高、能耗過大或者條件過于劇烈等缺點，以及生產周期長、造成二次污染的問題。本發明步驟如下取已平衡水分的基質粉末10g，按固液比1∶30～50加入水，放入微波處理器中，在600～1000W的條件下進行預處理30～60min，之后進行洗滌過濾，預處理完成。它在保證預處理效果的前提下，簡化工藝過程，縮短處理時間，降低生產能耗和成本，同時不會造成二次污染，易于實現工業應用。本發明的最優條件是分別通過對液固比、加熱時間以及微波功率進行優化后所得出，在最優條件下分別獲得49.1％的葡萄糖轉化率，21.1％的木糖轉化率和76％的理論乙醇產率。
文檔編號C12P7/10GK101168748SQ200710144429
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月12日 優先權日2007年10月12日
發明者馮玉杰, 李冬梅, 潘曉輝 申請人:哈爾濱工業大學