加工生物質的制作方法

專利名稱：加工生物質的制作方法
加工生物質相關申請本申請要求2010年5月24日提交的美國臨時申請序列No. 61/347，692的優先權。該臨時申請的完整公開內容在此通過引用方式并入本文。背景纖維素和木質纖維素材料在眾多應用中以巨大的量產生、加工和使用。這類材料經常使用一次，并且隨后作為廢物丟棄，或者簡單地被認為是廢料，例如，污水、甘蔗渣、鋸屑和秸桿。各種纖維素和木質纖維素材料、其用途和應用已經在美國專利No. 7，074, 918、6，448，307,6, 258，876,6, 207，729,5, 973，035 和 5，952，105 以及許多專利申請中描述，包括 2006 年 3 月 23 日提交的 PCT/US2006/010648“FIBR0US MATERIALS AN D COMPOSITES (纖維材料和復合物)”和美國專利申請公開No. 2007/00454564 “FIBROUS MATERIALS ANDCOMPOSITES (纖維材料和復合物)”。概述通常，本發明涉及含有碳水化合物的材料(例如，生物質材料或生物質衍生材料)、加工這類材料以改變其結構的方法和由結構改變的材料產生的中間體和產品。這些方法中許多提供可以由多種微生物更輕易地使用以產生有用中間體和產品(例如，能量、燃料如乙醇、食品或材料)的材料。本文所述的方法利用單獨的或與淡水組合的咸水和/或含有其他雜質、混雜物或污染物的水，從而減少或消除供應新鮮、未摻雜的水的需要。在一個方面，本發明特征在于一種方法，其包括使用作為咸水和/或摻雜的水源以將纖維素或木質纖維素原料轉化成中間體或產品。一些實施方式包括一個或多個以下特征。原料可以進行處理以降低其抗降解性。例如，在一些情況下，原料已經用選自機械處理法、輻射法、超聲波處理法、熱解法、氧化法、蒸汽閃爆法、化學處理法及其組合的物理處理法處理。在一些情況下，原料已經用選自切害I]、碾磨、研磨、擠壓、剪切和切碎的機械處理法處理。將所述原料轉化成中間體或產品可以包括使所述原料與微生物在水溶液中接觸。微生物可以適應于在咸水或摻雜的水中發揮作用。例如，微生物可以是海洋微生物或工程化微生物。該方法可以進一步包括處理水源以降低其鹽度或雜質并且在所述水溶液中使用處理過的水。水源可以包括例如海水或微咸水。額外地或可選地，水源可以包括廢水、灰水、收集的雨水、微生物摻雜的淡水補給，或任何這些水的混合物或任何這些水與淡水的混合物。生物質原料可以例如選自紙、紙產品、木材、木材相關材料、草類、稻殼、甘蔗渣、棉
花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、稻草、玉米芯、椰毛、藻類、海草、微生物材料、合成纖維素及其混合物。“結構修飾”生物質原料，如這個短語在本文中使用那樣，意指以任何方式改變原料的分子結構，包括原料的化學鍵合排列、晶體結構或構象。這種改變可以是例如晶體結構完整性的變化，例如，通過使得在該結構內部發生微斷裂，這可能不能由材料的結晶度的衍射測量值反映。可以通過在不同水平的結構修飾處理時測量產物的產率，間接地度量材料的結構完整性的這類變化。此外或可選地，分子結構的變化可以包括改變材料的超分子結構、材料的氧化、改變平均分子量、改變平均結晶度、改變表面積、改變聚合度、改變孔隙度、改變支化程度、在其他材料上接枝、改變晶域(crystalline domain)尺寸或改變總晶域(overall domain)尺寸。除非另外限定，否則本文中所用的全部技術與科學術語具有如本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同含義。盡管與本文所述的那些方法和材料相似或等同的方法和材料可以用于實施或檢驗本發明，然而以下描述合適的方法和材料。本文所提及的所有出版物、專利申請、專利和其他參考文獻通過引用方式完整地并入。在矛盾的情況下，本說明書(包括定義)將居主導。此外，所述材料、方法和例子僅是說明性的并且不意在是限制性的。本發明的其他特征和優點將從以下詳細描述并且從權利要求書中顯而易見。 附圖
簡述圖I是說明將生物質轉化成產品和副產物的框圖。圖2是說明生物質的處理和處理過的生物質在發酵方法中用途的框圖。詳述使用本文所述的方法，可以加工生物質(例如，植物生物質、動物生物質和城市廢棄生物質)以產生有用的中間體和產品，如本文所述的那些。本文中描述了可以使用輕易可獲得但可能難以通過諸如發酵的方法進行加工的纖維素和/或木質纖維素材料作為原材料的系統和方法。本文所述的多種方法可以有效地降低原料的抗降解性水平，使得它更易于加工，如通過生物加工法(例如，采用本文所述的任何微生物，如同型產乙酸菌(homoacetogen)或異型產乙酸菌(heteroacetogen)和/或本文所述的任何酶)、熱加工法(例如，氣化或熱解)或化學方法(例如，酸水解或氧化)。生物質原料可以使用本文所述的任何方法中的一種或多種(如機械處理法、化學處理法、輻射法、超聲波處理法、氧化法、熱解法或蒸汽閃爆法)進行處理或加工。多種處理系統和方法可以在這些技術或本文和其他地方所述的其他技術中的兩種、三種或甚至四種或更多種技術組合的情況下使用。本文所述的方法允許使用含有鹽和/或其他雜質的水，由纖維素和/或木質纖維素材料制備有用的中間體和產品。例如，本文所述的方法可以利用咸水，例如，含有0. 5ppt至50ppt (份數/千)鹽(NaCl)的水。咸水包括一般含有30_50ppt鹽的海水和一般含有
0.5ppt至30ppt鹽的微咸水。本文所述的方法也可以使用淡水或咸水，所述淡水或咸水是被或可能被其他物質(例如，化學品、重金屬或微生物雜質)摻雜。例如，這些方法可以利用廢水、灰水、或摻雜或污染的地下水或地表水、收集的雨水或這些水源彼此任意組合或與新鮮、未摻雜的水或處理過的水任意組合。這些類型的水的任一種可以按照處理過的、部分處理過的或未處理的形式使用。這些類型的水的任一種可以例如按照摻雜的水對新鮮水或處理過的水的任何所需比率例如約 1:1、1:2 至 2:1、1:5 至 5:1、1:10 至 10:1、1:20 至 20:1、1:50 至 50:1 或1:100至100:1與新鮮水或處理過的水摻合。
用于處理牛物質的系統圖I顯示用于將生物質、尤其具有明顯纖維素和木質纖維素組分的生物質轉化成有用的中間體和產品的方法10。方法10包括初步機械處理原料(12)，例如以便縮減原料110的尺寸。機械處理過的原料隨后用修飾其結構的物理處理法(14)處理，例如通過削弱或微斷裂材料晶體結構中的鍵。接著，在一些情況下，結構修飾的材料可以經歷進一步的機械處理(16)。這種機械處理可以與初步機械處理相同或與之不同。例如，初步處理可以是尺寸縮減(例如，切割)步驟，隨后是剪切步驟，而進一步處理可為研磨或碾磨步驟。如果在進一步加工之前需要進一步的結構改變(例如，抗降解性的降低)，材料可以隨后經歷進一步結構修飾處理和機械處理。接下來，處理過的材料可以用主加工步驟18 (例如，糖化和/或發酵)加工，以產生中間體和產品(例如，能量、燃料、食品和材料)。在一些情況下，主加工步驟的輸出物是直接有用的，但是，在其他情況下，需要由后加工步驟(20)所提供的進一步加工。例如，在醇的情況下，后加工可以包括蒸餾并且在一些情況下包括變性。應當指出水在本文所述的 方法中以幾種方式使用。首先，使用水作為介質，例如，在糖化和發酵期間。在許多情況下，以這種方式使用的大部分水可以例如通過收集在蒸餾或其他后加工期間移除的水而回收利用。第二，水由制造設備使用，例如，用于冷卻塔和鍋爐系統中。待用于制造設備中的水可以是摻雜的水和/或咸水，前提是所用的設備設計成耐受所用的水類型，例如如果待使用咸水，則被設計為耐腐蝕的。在一些情況下，處理作為加工介質和/或作為冷卻用水或鍋爐用水在本文所述方法中使用的水以除去水中的一些或全部雜質。例如，在咸水的情況下，水可以部分地或完全脫鹽，以減少或除去鹽含量，和/或可以經處理以除去其他雜質如油、其他污染物和/或微生物雜質。脫鹽可以使用任何所需的方法進行。例如，脫鹽可以使用基于膜的技術(例如，電滲析或反滲)或熱技術(如蒸餾，例如，多級閃蒸、多效蒸餾或蒸氣壓縮蒸餾)進行。當進行脫鹽時，可以回收咸水和/或鹽作為加工副產物。可以對本文所述的任何水源進行殺菌，例如使用輻射(例如，UV、電子束)、熱、氧化劑(漂白劑、臭氧)、瞬時巴氏殺菌法或其他殺菌技術。如果需要，水或使用這種水產生的中間體或產品可以用抗生素處理。本文所述的任何水源也可以在本文所述的方法之前或在其期間使用生物修復法處理。在一些情況下，可以回收雜質作為副產物。例如，可以從水中分離金屬、油或其他化學品或化合物并且回收。這些水處理方法或其他水處理方法中的任一種可以用來部分地或完全地除去或滅活水中的雜質。例如，雜質的含量可以降低至小于10，OOOppm、小于5，OOOppm、小于
I,OOOppm、小于 500ppm 或小于 lOOpprn。在一些情況下，以未處理的形式，如從來源中接收那樣使用水，例如，使用適應于在未處理的水中發揮作用的微生物。圖2顯示系統100，其利用上文描述的步驟用于處理生物質并且隨后在發酵方法中使用處理過的生物質以產生醇。系統100包括其中初步機械處理生物質原料(步驟12，上文)的模塊102、其中機械處理過的原料例如通過輻照進行結構修飾(步驟14，上文)的模塊104和其中結構修飾的原料經歷進一步機械處理(步驟16，上文)的模塊106。如上文討論，模塊106可以是與模塊102相同的類型或是不同的類型。在一些實施方案中，可以將結構修飾的原料返回模塊102用于進一步機械處理而不是在獨立的模塊106中進一步機械處理。在這些處理(它們可以按照需要重復多次以獲得所需原料性能)后，將處理過的原料輸送至發酵系統108。可以在發酵期間進行混合，在這種情況下，混合優選地是相對溫和的(低剪切力)，從而使對剪切敏感成分如酶和其他微生物的損傷最小化。在一些實施方案中，使用如USSN 61/218，832和USSN 61/179，995中所述的射流混合，所述文獻的完整公開內容通過引用方式并入本文。再次參考圖2，發酵產生粗制乙醇混合物，其流入容納罐110中。使用汽提塔112，將水或其他溶劑和其他非乙醇組分從粗制乙醇混合物中汽提出來，并且隨后使用蒸餾裝置114(例如，精餾器)蒸餾乙醇。蒸餾可以通過真空蒸餾進行。最后，乙醇可以使用分子篩116脫水和/或如果需要,進行變性并且輸出至所需的運送方法(shipping method)。 在一些情況下，本文所述的系統或其組件可以是可移動的，從而該系統可以從一個位置運輸(例如，通過鐵路、卡車或船舶)至另一個位置。本文所述的方法步驟可以是在一個或多個位置進行，并且在一些情況下，所述步驟的一個或多個可以在運輸中進行。這種移動式加工在美國序列No. 12/374，549和國際申請No. W02008/011598中描述，所述專利的全部公開內容通過引用方式并入本文。本文所述的方法步驟的任一個或全部可以在室溫下進行。如果需要，可以在某些步驟期間使用冷卻和/或加熱。例如，可以在機械處理期間冷卻原料以增加其脆性。在一些實施方案中，在初步機械處理和/或后續機械處理之前、其期間或之后使用冷卻。冷卻可以是如12/502,629中所述那樣進行，所述文獻的完整公開內容通過引用方式并入本文。另夕卜，可以控制發酵系統108中的溫度以增強糖化和/或發酵。現在將進一步詳細描述上文所述方法的各個步驟以及所用的材料。物理處理物理處理方法可以包括本文所述的任何那些方法中的一種或多種，如機械處理法、化學處理法、輻照法、超聲波處理法、氧化法、熱解法或蒸汽閃爆法。處理方法可以在這些技術的兩種、三種、四種或甚至全部技術(以任意順序)組合的情況下使用。當使用多于一種處理方法時，所述方法可以同時或在不同的時間應用。改變生物質原料的分子結構的其他方法也可以單獨或與本文公開的方法組合使用。機械處理在一些情況下，方法可以包括機械處理生物質原料。機械處理包括例如切割、碾磨、擠壓、研磨、剪切和切碎。碾磨可以包括例如球磨、錘磨、轉子/定子干式或濕式碾磨，或其他類型的碾磨。其他機械處理包括，例如，石磨、破碎、機械撕開或撕裂、銷棒研磨(Pingrinding)或氣力碾磨。機械處理可以有利于“打開”、“張緊”、斷裂和打碎纖維素或木質纖維素材料、使得材料的纖維素更易斷鏈和/或降低結晶度。當輻照時，開放的材料也可以更易氧化。在一些情況下，機械處理可以包括接收時初始制備原料，例如，如通過切割、研磨、剪切、粉碎或切碎進行的材料的尺寸縮減。例如，在一些情況下，通過剪切或撕碎制備松散的原料(例如，再生紙、淀粉質材料或柳枝稷)。可選地或另外，原材料可以通過其他物理處理方法中的一種或多種(如化學處理法、輻射法、超聲波處理法、氧化法、熱解法或蒸汽閃爆法)進行物理處理，并隨后進行機械處理。這種順序可以是有利的，因為由一種或多種其他處理法(例如，輻照法或熱解法)處理過的材料傾向于更脆，并且因此，可能更容易通過機械處理進一步改變材料的分子結構。在一些實施方案中，原材料為纖維狀材料形式，并且機械處理包括剪切以暴露纖維狀材料的纖維。剪切可以例如使用轉刀切割器進行。機械處理原料的其他方法包括例如碾磨或研磨。碾磨可以使用例如錘磨機、球磨機、膠體磨、錐形或錐體磨、盤磨機、輪碾機、維利氏磨粉機(Wiley mill)或谷物磨粉機(grist mill)進行。研磨可以使用例如石磨機、銷棒研磨機、咖啡研磨機或磨盤式研磨機(burr grinder)進行。研磨可以例如由往復運動的銷棒或其他部件提供，如在銷棒碾磨機中那樣。其他機械處理方法包括機械撕開或撕裂、施加壓力至材料的其他方法和氣力碾磨。合適的機械處理法進一步包括改變原料的分子結構的任何其他技術。
根據需要，機械處理過的材料可以經過篩子，例如，具有I. 59mm或更小(1/16英寸,0. 0625英寸)平均開口大小的篩子。在一些實施方案中，同時進行剪切或其他機械處理和篩分。例如，轉刀切割器可以用來同時剪切并篩分原料。原料在靜止刀片和轉動刀片之間受到剪切以提供剪切的材料，該剪切的材料經過篩子并且捕獲于料倉中。纖維素或木質纖維素材料可以在干燥狀態下(例如，在其表面上具有少量或沒有自由水)、水合狀態(例如，具有以重量計至多到10%吸收的水)或在潮濕狀態下(例如，具有以重量計約10%和約75%之間的水)進行機械處理。纖維源甚至可以在部分或完全浸沒在液體(如水、乙醇或異丙醇)下時進行機械處理。纖維素或木質纖維素材料也可以在氣體(如除空氣之外的氣體的氣流或氣氛)(例如氧或氮)或蒸汽下進行機械處理。根據需要，可以從包含木質素的任何纖維狀材料中除去木質素。另外，為了輔助分解包含纖維素的材料，該材料可以在機械處理或輻照之前或期間用熱、化學品(例如，無機酸、堿或強氧化劑如次氯酸鈉)和/或酶處理。例如，研磨可以在酸存在下進行。機械處理系統可以設置成產生具有特定形態特征(如表面積、孔隙度、堆密度)和在纖維狀原料的情況下纖維特征(如長寬比)的流。在一些實施方案中，機械處理過的材料的BET表面積大于O. Im2/g,例如大于O. 25m2/g、大于 O. 5m2/g、大于 I. 0m2/g、大于 I. 5m2/g、大于 I. 75m2/g、大于 5. 0m2/g、大于10m2/g、大于 25m2/g、大于 35m2/g、大于 50m2/g、大于 60m2/g、大于 75m2/g、大于 100m2/g、大于150m2/g、大于 200m2/g 或甚至大于 250m2/g。機械處理過的材料的孔隙度可以是例如大于20%、大于25%、大于35%、大于50%、大于60%、大于70%、大于80%、大于85%、大于90%、大于92%、大于94%、大于95%、大于97. 5%、大于99%或甚至大于99. 5%。在一些實施方案中，在機械處理后，材料具有小于O. 25g/cm3(例如O. 20g/cm3、O. 15g/cm3、0. 10g/cm3,0. 05g/cm3 或更小，例如 0. 025g/cm3)的堆密度。使用 ASTM D1895B 測定堆密度。簡而言之，該方法包括用樣品填充已知體積的量筒并且獲得樣品的重量。通過以克計的樣品重量除以立方厘米計的已知量筒體積，計算出堆密度。如果原料是纖維狀材料，則機械處理過的材料的纖維可以具有相對大的平均長度直徑比(例如大于20:1)，即便它們已經被剪切超過一次。此外，本文所述的纖維狀材料的纖維可以具有相對窄的長度和/或長度直徑比分布。如本文所用，平均纖維寬度(例如，直徑)是通過隨機選擇大約5，000根纖維以光學方式測定的那些。平均纖維長度是校正的長度加權長度。BET(Brunauer、Emmet和Teller)表面積是多點表面積，并且孔隙度是通過壓汞法測定的那些孔隙度。
如果原料是纖維狀材料，則機械處理過的材料的纖維的平均長度直徑比可以例如大于8/1，例如，大于10/1、大于15/1、大于20/1、大于25/1或大于50/1。機械處理過的材料的平均纖維長度可以例如在約O. 5mm和2. 5mm之間,例如,在約O. 75mm和I. Omm之間，并且第二纖維狀材料14的平均寬度(例如，直徑)可以例如在約5 μ m和50 μ m之間，例如， 在約IOym和30 μ m之間。在一些實施方案中，如果原料是纖維狀材料，則機械處理過的材料的纖維長度的標準偏差可以是小于機械處理過的材料的平均纖維長度的60%，例如，小于平均長度的50%、小于平均長度的40%、小于平均長度的25%、小于平均長度的10%、小于平均長度的5%或甚至小于平均長度的1%。在一些情況下，可能需要制備低堆密度材料，使材料致密(例如，以使它更容易和成本較低地運輸至另一個地點)，并隨后使材料恢復至較低的堆密度狀態。致密化的材料可以由本文所述的任何方法加工，或由本文所述的任何方法加工的任何材料可以隨后致密化，例如，如W098/07409中公開那樣。輻射處理一個或多個輻射加工工序可以用來加工原料，并且用來提供結構修飾的材料，所述結構修飾的材料充當進一步加工步驟和/或工序的輸入物。輻照可以例如降低原料的分子量和/或結晶度。輻射也可以對材料或生物加工該材料所需的任何介質滅菌。在一些實施方案中，從其原子軌道釋放電子的材料中儲存的能量用來輻照材料。輻射可以由(I)帶電重粒子如α粒子或質子，(2)例如在β衰變或電子束加速器中產生的電子，或(3)電磁輻射(例如伽瑪射線、X射線或紫外線)提供。在一種方法中，由放射性物質產生的輻射可以用來輻照原料。在另一個方法中，(例如，使用電子束發射體產生的)電磁輻射可以用來輻照原料。在一些實施方案中，可以按照任意順序或同時使用(I)至(3)的任何組合。使用的劑量取決于所需的效果和具體原料。在需要斷鏈和/或需要聚合物鏈官能化的一些情況，可以使用比電子更重的粒子，如質子、氦核、氬離子、硅離子、氖離子、碳離子、磷離子、氧離子或氮離子。當需要開環斷鏈時，可以使用帶正電荷粒子，因為其路易斯酸特性增強開環斷鏈。例如，當需要最大氧化時，可以使用氧離子，并且當需要最大硝化時，可以使用氮離子。重粒子和帶正電荷粒子的用途在美國序列No. 12/417，699中描述，所述專利的完整公開內容通過引用方式并入本文。在一種方法中，將作為或包含具有第一數均分子量(Mni)的纖維素的第一材料例如通過用電離輻射(例如，以Y輻射、X射線輻射、IOOnm至280nm紫外(UV)光、電子束或其他帶電粒子束形式)處理來輻照，以提供包含具有低于第一數均分子量的第二數均分子量(Mn2)的纖維素的第二材料。第二材料(或第一材料和第二材料)可以與微生物(伴有或不伴有酶處理時)混合，所述微生物可以利用第二材料和/或第一材料或其組成糖或木質素以產生中間體或產品，如本文所述的那些。由于第二材料包含相對于第一材料而言具有降低的分子量并且在一些情況下還具有降低的結晶度的纖維素，因此第二材料例如在含有微生物和/或酶的溶液中通常更加可分散、可溶脹和/或可溶解。這些特性使第二材料相對于第一材料更容易加工并且更易受化學、酶和/或生物侵襲影響，這可以大大提高所需產品(例如乙醇)的生產率和/或生產水平。在一些實施方案中，第二數均分子量(Mn2)低于第一數均分子量(Mni)超過約10%，例如 15%、20%、25%、30%、35%、40%、50%、60% 或甚至超過約 75%。在一些情況下，第二材料包含結晶度(C2)低于第一材料的纖維素結晶度(C1)的纖維素。例如，(C2)可以低于(C1)超過約10%，例如15%、20%、25%、30%、35%、40%或甚至超過約 50%。在一些實施方案中，起始結晶度指數(在輻照之前)是約40%至約87. 5%，例如，約50%至約75%或約60%至約70%，并且輻照后的結晶度指數是約10%至約50%，例如，約15%至約45%或約20%至約40%。然而，在一些實施方案中，例如，在廣泛輻照后，可以具有低于5%的結晶度指數。在一些實施方案中，輻照后的材料是基本上非晶形的。在一些實施方案中，起始數均分子量(在輻照之前)是約200，000至約3，200，000，例如，約250，000至約1，000，000或約250，000至約700，000，并且輻照后的數均分子量是約50，000至約200，000,例如，約60，000至約150，000或約70，000至約125,000。然而，在一些實施方案中，例如，在廣泛輻照后，可以具有小于約10，000或甚至小于約5，000的數均分子量。在一些實施方案中，第二材料可以具有比第一材料的氧化水平(O1)更高的氧化水平(02)。材料的更高氧化水平可以有助于其分散性、溶脹性和/或溶解性，這進一步增強材料對化學、酶或生物侵襲的易感性。在一些實施方案中，為了相對于第一材料增加第二材料的氧化水平，在氧化環境下(例如，在空氣或氧包圍下)進行輻照，從而產生比第一材料更為氧化的第二材料。例如，第二材料可以具有更多羥基、醛基、酮基、酯基或羧酸基團，這可以增加其親水性。電離輻射每種形式的輻射借助如輻射能量所決定的特定相互作用使含碳材料電離。帶電重粒子主要通過庫侖散射(Coulomb scattering)使物質電離；另外，這些相互作用產生可以使物質進一步電離的高能電子。α粒子與氦原子的核相同并且因多種放射性核如鉍、針、砹、氡、鈁、鐳、幾種錒系元素如錒、釷、鈾、镎、鋦、锎、镅和钚的同位素的α衰變而產生。當使用粒子時，它們可以是中性(不帶電荷)、帶正電荷或帶負電荷。當帶電荷時，帶電荷粒子可以攜帶單個正電荷或負電荷，或多個電荷，例如，一個、兩個、三個或甚至四個或更多個電荷。在其中需要斷鏈的情況下，帶正電荷粒子可以是合乎需要的，這部分歸因于它們的酸性本質。當使用粒子時，粒子可以具有靜止電子質量或更大質量，例如，500、1000、1500、2000、10，000或甚至100, 000倍于靜止電子質量。例如，粒子可以具有約I個原子單位至約150個原子單位的質量，例如，約I個原子單位至約50個原子單位，或約I至約25的質量，例如，1、2、3、4、5、10、12或15個原子質量單位(amu)。用來加速粒子的加速器可以是靜電DC、電動力DC、RF線性、磁感性線性或連續波。例如，回旋型加速器是可從比利時IBA獲得的，如Rhodotroη 系統，而DC型加速器是可從RDI(現在的IBA Industrial)獲得的，如DynamitiOn⑧。離子和離子加速器在 Introductory Nuclear Physics, Kenneth S.Krane, John Wiley & Sons, Inc.(1988),Krsto Prelec, FIZIKA B 6(1997) 4，177-206，Chu, William T. , “Overview ofLight-Ion Beam Therapy，，Columbus-Ohi。，ICRU-IAEA Meeting, 2006 年 3 月 18-20日，Iwata, Y.等人，“Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion MedicalAccelerators，，Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland 以及 Leaner, CM.等人，“Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus，，Proceedings of EPAC2000, Vienna, Austria 中討論。y輻射具有進入多種材料中明顯穿透深度的優點。伽瑪射線源包括放射性核，如鉆、.丐、得、絡、嫁、鋼、鵬、鐵、氣、紅、砸、納、銘和氣的冋位素。X射線源包括與金屬靶如鎢或鑰或合金碰撞的電子束，或壓縮光源，如由Lyncean 商業生產的那些。紫外輻射源包括氘燈或鎘燈。紅外福射源包括藍寶石、鋅或硒化窗(selenide window)陶瓷燈。微波源包括速調管、Slevin型RF源或采用氫氣、氧氣或氮氣的原子束源。在一些實施方案中，電子束用作輻射源。電子束具有高劑量率(例如，每秒IMrad、5Mrad或甚至IOMrad)、高通量、低污染和約束設備較少的優點。電子也可以在造成斷鏈方面更高效。此外，具有4-10MeV能量的電子可以具有5mm至30mm或更大(如40mm)的穿透深度。電子束可以例如由靜電發生器、級聯發生器、變壓發生器、帶有掃描系統的低能加速器、帶有絲狀陰極的低能加速器、直線加速器和脈沖加速器產生。電子作為電離輻射源可以例如用于相對薄的材料薄片，例如，小于O. 5英寸，例如小于O. 4英寸、O. 3英寸、O. 2英寸或小于O. I英寸。在一些實施方案中，電子束的每個電子的能量是約O. 3MeV至約
2.OMeV (百萬電子伏)，例如，約O. 5MeV至約I. 5MeV或約O. 7MeV至約I. 25MeV。電子束福照裝置可以從 Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Belgium或Titan Corporation, San Diego, CA商業地獲得。常見的電子能量可以是lMeV、2MeV、4. 5MeV、7. 5MeV或lOMeV。常見的電子束輻照裝置功率可以是lkW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、250kW或500kW。原料的解聚水平取決于所用的電子能量和施加的劑量，而曝露時間取決于功率和劑量。常見的劑量可以取值lkGy、5kGy、10kGy、20kGy、50kGy、100kGy或200kGy。離子粒子束重于電子的粒子可以用來輻照材料，如碳水化合物或包含碳水化合物的材料，例如，纖維素材料、木質纖維素材料、淀粉質材料或這些材料中任意種的混合物和本文所述的其他材料。例如，可以使用質子、氦核、氬離子、硅離子、氖離子、碳離子、磷離子、氧離子或氮離子。在一些實施方案中，重于電子的粒子可以引起較高量的鏈斷裂(相對于較輕粒子)。在一些情況下，帶正電荷的粒子可以因它們的酸性而比帶負電荷的粒子引起更高量的鏈斷m
ο可以產生較重的粒子束，例如，使用直線加速器或回旋加速器。在一些實施方案中，該束的每個粒子的能量是約I. OMeV/原子單位至約6，OOOMeV/原子單位，例如，約3MeV/原子單位至約4，800MeV/原子單位,或約IOMeV/原子單位至約1，OOOMeV/原子單位。在某些實施方案中，用來輻照含碳材料(例如，生物質材料)的離子束可以包含多于一種類型的離子。例如，離子束可以包含兩種或更多種(例如，3、4或更多種)不同類型離子的混合物。示例性混合物可以包括碳離子和質子、碳離子和氧離子、氮離子和質子以及鐵離子和質子。更一般地，上文討論的任何離子(或任何其他離子)的混合物可以用來形成輻照用離子束。特別地，相對輕和相對較重的離子的混合物可以用于單個離子束中。在一些實施方案中，用于輻照材料的離子束包括帶正 電荷的離子。帶正電荷的離子可以包括例如帶正電荷的氫離子(例如，質子)、稀有氣體離子(例如，氦、氖、氬)、碳離子、氮離子、氧離子、硅原子、磷離子和金屬離子如鈉離子、鈣離子和/或鐵離子。不希望受任何理論約束，認為當暴露于材料時，這類帶正電荷的離子作為路易斯酸部分化學地發揮作用，在氧化環境中弓I發和維持陽離子開環斷鏈反應。在某些實施方案中，用于輻照材料的離子束包括帶負電荷的離子。帶負電荷的離子可以包括例如帶負電荷的氫離子(例如，氫負離子)和多種相對電負性核的帶負電荷離子(例如，氧離子、氮離子、碳離子、硅離子和磷離子)。不希望受任何理論約束，認為當暴露于材料時，這類帶負電荷的離子作為路易斯堿部分化學地發揮作用，在還原環境中引起陰離子開環斷鏈反應。在一些實施方案中，用于輻照材料的束可以包括中性原子。例如，可以在用于輻照生物質材料的束中包含氫原子、氦原子、碳原子、氮原子、氧原子、氖原子、娃原子、磷原子、氬原子和鐵原子的任意一種或多種。通常，任何兩種或更多種(例如，3種或更多種、4種或更多種或甚至更多種)的以上類型原子的混合物可以存在于所述束中。在某些實施方案中，用來輻照材料的離子束包含帶單一電荷的離子，如H+、H'He+、Ne+、Ar+、C+、C_、O+、0_、N+、N' Si+、Si' P+、P' Na+、Ca+ 和 Fe+ 中的一種或多種。在一些實施方案中，離子束可以包含帶多個電荷的離子，如C2+、C3+、C4+、N3+、N5+、N3' O2+、O2' O22' Si2+、Si4+、
中的一種或多種。通常，離子束也可以包含攜帶多個正電荷或負電荷的更復雜的多核離子。在某些實施方案中，憑借多核離子的結構，正電荷或負電荷可以有效地分布遍及離子的基本上整個結構。在一些實施方案中，正電荷或負電荷可以或多或少地局限在離子的結構的部分范圍內。電磁輻射在采用電磁輻射進行輻照的實施方案中，電磁輻射可以具有例如每光子(以電子伏特計)大于102eV，例如大于103eV、104eV、105eV、106eV或甚至大于107eV的能量。在一些實施方案中，電磁輻射具有每光子在104eV和IO7eV之間(例如，在IO5eV和IO6eV之間)的能量。電磁輻射可以具有例如大于1016hz、大于1017hz、1018hz、1019hz、102°hz或甚至大于1021hz的頻率。在一些實施方案中，電磁輻射具有在1018hz和1022hz之間，例如在1019hz至1021hz之間的頻率。布丨量在一些情況下，福照以每秒大于約O. 25Mrad,例如，每秒大于約O. 5Mrad、O. 75Mrad、l. OMradU. 5Mrad、2. OMrad或甚至大于約2. 5Mrad的劑量率進行。在一些實施方案中，輻照以在5. O千拉德/小時和1500. O千拉德/小時之間，例如在10. O千拉德/小時和750. O千拉德/小時之間或在50. O千拉德/小時和350. O千拉德/小時之間的劑量率進行。在一些實施方案中，(采用任何輻射源或輻射源組合)進行輻照直至材料接受至少O. IMrad>至少O. 25Mrad,例如，至少I. OMrad>至少2. 5Mrad、至少5. OMrad>至少10. OMrad、至少60Mrad或至少IOOMrad的劑量。在一些實施方案中，進行福照直至材料接受約 O. IMrad 至約 500Mrad、約 O. 5Mrad 至約 200Mrad、約 IMrad 至約 IOOMrad 或約 5Mrad至約60Mrad的劑量。在一些實施方案中，使用相對低劑量的輻射，例如，小于60Mrad。軺聲波處理超聲波處理可以降低材料(如本文所述的任意材料的一種或多種，例如，一種或 多種碳水化合物源，如纖維素或木質纖維素材料或淀粉質材料)的分子量和/或結晶度。超聲波處理也可以用來對材料滅菌。如上文對輻射所討論那樣，用于超聲波處理的工藝參數可以根據多種因素(例如，根據原料的木質素含量)變動。例如，具有較高木質素含量的原料通常需要較高的停留時間和/或能量水平，從而導致更高的輸送至原料的總能量。在一種方法中，將包含具有第一數均分子量(Mni)的纖維素的第一材料分散于介質如水(例如，咸水、廢水或本文所述的任何其他類型的摻雜的水，添加或不添加淡水)中，并且進行超聲處理和/或以其他方式空化，以提供包含具有比第一數均分子量低的第二數均分子量(Mn2)的纖維素的第二材料。第二材料(或在某些實施方案中第一材料和第二材料)可以與微生物(伴有或不伴有酶處理時)混合，所述微生物可以利用第二材料和/或第一材料以產生中間體或產品。由于第二材料包含相對于第一材料而言具有降低的分子量并且在一些情況下還具有降低的結晶度的纖維素，因此第二材料例如在含有微生物的溶液中通常更加可分散、可溶脹和/或可溶解。在一些實施方案中，第二數均分子量(Mn2)低于第一數均分子量(Mni)超過約10%，例如 15%、20%、25%、30%、35%、40%、50%、60% 或甚至超過約 75%。在一些情況下，第二材料包含結晶度(C2)低于第一材料的纖維素結晶度(C1)的纖維素。例如，(C2)可以低于(C1)超過約10%，例如15%、20%、25%、30%、35%、40%或甚至超過約50%。在一些實施方案中，起始結晶度指數(在超聲波處理之前)是約40%至約87. 5%，例如，約50%至約75%或約60%至約70%，并且超聲波處理后的結晶度指數是約10%至約50%，例如，約15%至約45%或約20%至約40%。然而，在某些實施方案中，例如，在廣泛超聲波處理后，可以具有低于5%的結晶度指數。在一些實施方案中，超聲波處理后的材料是基本上非晶形的。在一些實施方案中，起始數均分子量(在超聲波處理之前)是約200，000至約3，200，000，例如，約250，000至約I, 000，000或約250，000至約700，000，并且超聲波處理后的數均分子量是約50，000至約200，000，例如，約60，000至約150，000或約70，000至約125，000。然而，在一些實施方案中，例如，在廣泛超聲波處理后，可以具有小于約10，000或甚至小于約5，000的數均分子量。
在一些實施方案中，第二材料可以具有比第一材料的氧化水平(O1)更高的氧化水平(02)。材料的更高氧化水平可以有助于其分散性、溶脹性和/或溶解性，這進一步增強材料對化學、酶或微生物侵襲的易感性。在一些實施方案中，為了相對于第一材料增加第二材料的氧化水平，在氧化介質中進行超聲波處理，從而產生比第一材料更為氧化的第二材料。例如，第二材料可以具有更多羥基、醛基、酮基、酯基或羧酸基團，這可以增加其親水性。在一些實施方案中，超聲波處理介質是水介質。如果需要，這種介質可以包含氧化齊U，如過氧化物(例如，過氧化氫)、分散劑和/或緩沖劑。分散劑的例子包括尚子型分散齊U，例如，十二烷基硫酸鈉，和非離子型分散劑，例如，聚(乙二醇)。在其他實施方案中，超聲波處理介質是非水的。例如，超聲波處理可以在烴(例如，甲苯或庚烷)、醚(例如，二乙醚或四氫呋喃)中或甚至在液化氣體如氬氣、氙氣或氮氣中進行。簾一個或多個熱解加工工序可以用來加工來自多種不同來源的含碳材料以從所述 材料提取有用物質，并且提供部分降解的材料，所述部分降解的材料充當進一步加工步驟和/或工序的輸入物。熱解也可以用來對材料滅菌。熱解條件可以根據原料特征和/或其他因素變動。例如，具有較高木質素含量的原料在熱解期間可能需要較高的溫度、較長的停留時間和/或導入較高水平的氧。在一個例子中，將包含具有第一數均分子量(Mni)的纖維素的第一材料熱解，例如通過在管式爐中加熱第一材料(在氧存在或不存在下)，以提供包含具有低于第一數均分子量的第二數均分子量(Mn2)的纖維素的第二材料。由于第二材料包含相對于第一材料而言具有降低的分子量并且在一些情況下還具有降低的結晶度的纖維素，因此第二材料例如在含有微生物的溶液中通常更加可分散、可溶脹和/或可溶解。在一些實施方案中，第二數均分子量(Mn2)低于第一數均分子量(Mni)超過約10%，例如 15%、20%、25%、30%、35%、40%、50%、60% 或甚至超過約 75%。在一些情況下，第二材料包含結晶度(C2)低于第一材料的纖維素結晶度(C1)的纖維素。例如，(C2)可以低于(C1)超過約10%，例如15%、20%、25%、30%、35%、40%或甚至超過約50%。在一些實施方案中，起始結晶度(在熱解之前)是約40%至約87. 5%，例如，約50%至約75%或約60%至約70%，并且熱解后的結晶度指數是約10%至約50%，例如，約15%至約45%或約20%至約40%。然而，在某些實施方案中，例如，在廣泛熱解處理后，可以具有低于5%的結晶度指數。在一些實施方案中，熱解后的材料是基本上非晶形的。在一些實施方案中，起始數均分子量(在熱解之前)是約200,000至約3，200，000，例如，約250，000至約I, 000，000或約250，000至約700，000，并且熱解后的數均分子量是約50，000至約200，000,例如，約60，000至約150，000或約70，000至約125，000。然而，在一些實施方案中，例如，在廣泛熱解處理后，可以具有小于約10，000或甚至小于約5，000的數均分子量。在一些實施方案中，第二材料可以具有比第一材料的氧化水平(O1)更高的氧化水平(02)。材料的更高氧化水平可以有助于其分散性、溶脹性和/或溶解性，這進一步增強材料對化學、酶或微生物侵襲的易感性。在一些實施方案中，為了相對于第一材料增加第二材料的氧化水平，在氧化環境中進行熱解，從而產生比第一材料更為氧化的第二材料。例如，第二材料可以比第一材料具有更多羥基、醛基、酮基、酯基或羧酸基團，從而增加材料的親水性。在一些實施方案中，材料的熱解是連續的。在其他實施方案中，將材料熱解預定的時間，并且隨后允許冷卻第二預定時間，之后再次熱解。氫化一個或多個氧化加工工序可以用來加工來自多種不同來源的含碳材料以從所述材料提取有用物質，并且提供部分降解和/或改變的材料，所述部分降解和/或改變的材料充當進一步加工步驟和/或工序的輸入物。氧化條件可以例如根據原料的木質素含量變動，較高木質素含量的原料通常需要較高程度的氧化。 在一個方法中，將包含具有第一數均分子量(Mni)并具有第一含氧量(O1)的纖維素的第一材料氧化，例如通過在空氣流或富氧空氣流中加熱第一材料，以提供包含具有第二數均分子量(Mn2)并具有高于第一含氧量(O1)的第二含氧量(O2)的纖維素的第二材料。第二材料的第二數均分子量通常低于第一材料的第一數均分子量。例如，可以將分子量降低至與上文對其他物理處理所討論相同的程度。在一些實施方案中，第二含氧量高于第一含氧量至少約5%，例如，高7. 5%、高10. 0%、高12. 5%、高15. 0%或高17. 5%。在一些優選實施方案中，第二含氧量高于第一材料的第一含氧量至少約20. 0%。通過使樣品在以1300°C或更高溫度運行的爐中熱解，通過元素分析法測量含氧量。合適的元素分析儀是帶有VTF-900高溫熱解爐的LECO CHNS-932分析儀。通常，材料的氧化在氧化環境中發生。例如，可以通過在氧化環境中(如在空氣中或富集于空氣內的氬氣中)熱解實現或輔助氧化。為輔助氧化，多種化學劑如氧化劑、酸或堿可以在氧化之前或其期間添加至所述材料。例如，過氧化物(例如，過氧化苯甲酰)可以在氧化之前添加。一些降低生物質原料的抗降解性的氧化方法采用Fenton型化學反應。這類方法例如在美國序列No. 12/639，289中公開，所述專利的完整公開內容通過引用方式并入本文。示例性氧化劑包括過氧化物(如過氧化氫和過氧化苯甲酰)、過硫酸鹽(如過硫酸銨)、活化形式的氧(如臭氧)、高錳酸鹽(如高錳酸鉀)、高氯酸鹽(如高氯酸鈉)和次氯酸鹽(如次氯酸鈉(家用漂白劑))。在一些情況下，接觸期間，將pH維持在或低于約5. 5，如在I和5之間、在2和5之間、在2. 5和5之間或在約3和5之間。氧化條件也可以包括在2和12小時之間，例如，在4和10小時之間或在5和8小時之間的接觸時間。在一些情況下，將溫度維持在或低于3000C，例如，在或低于250°C、200°C、150°C、100°C或50°C。在一些情況下，溫度基本上保持室溫，例如，在或約20-25°C。在一些實施方案中，使用作為氣體的一種或多種氧化劑，如通過用粒子(如電子)束穿過空氣輻照材料而原位產生臭氧。在一些實施方案中，混合物進一步包含一種或多種氫醌，如2，5-二甲氧基氫醌(DMHQ)和/或一種或多種苯醌，如2，5-二甲氧基-1,4-苯醌(DMBQ)，其可以輔助電子傳遞反應。在一些實施方案中，原位電化學地生成一種或多種氧化劑。例如，過氧化氫和/或臭氧可以在接觸容器或反應容器內部電化學地產生。增溶、降低抗降解性或官能化的其他方法本段落的任一種方法可以在沒有本文所述的任何方法情況下單獨使用或與本文所述的任何方法(以任意順序)組合使用蒸汽閃爆法、化學處理法(例如，酸處理(包括采用無機酸如硫酸、氫氯酸和有機酸如三氟乙酸的濃酸和稀酸處理)和/或堿處理(例如，用石灰或氫氧化鈉處理))、UV處理法、螺桿擠出處理法(見，例如，2008年11月17日提交的美國專利申請序列No. 61/115，398)、溶劑處理法(例如，用離子液體處理)和冷凍碾磨(見，例如，美國序列No. 12/502,629)。燃料、酸、酯和/或其他產品的生產
常見的生物質資源含有纖維素、半纖維素和木質素外加較少量的蛋白質、可提取物和礦物質。在已經對生物質進行上文討論的一個或多個加工步驟后，纖維素和半纖維素部分中所含的復雜碳水化合物可以在一些情況下被加工成可發酵糖，任選地，同時采用酸或酶水解的情況下。釋放的糖可以轉化成多種產品，如醇或有機酸。獲得的產品取決于所用的微生物和生物加工發生的條件。在其他實施方案中，處理過的生物質材料可以經歷熱化學轉化或其他加工。在以下部分中討論進一步加工處理過的生物質材料的方法的例子。為了將處理過的原料轉化成可以輕易發酵的形式，在一些實施方式中，通過糖化劑(例如酶)、一種稱作糖化的方法，將原料中的纖維素首先水解成低分子量碳水化合物(如糖)。在一些實施方式中，糖化劑包括酸，例如，無機酸。當使用酸時，可以產生對微生物有毒的副產物，在這種情況下該方法可以進一步包括移除這類副產物。移除可以使用活性碳(例如，活性木炭)或其他合適技術進行。包含纖維素的材料用酶處理，例如，通過將該材料和酶在溶劑(例如，在水溶液中)中混合。分解生物質如生物質的纖維素和/或木質素部分的酶和破壞生物質的生物，含有或制造多種纖維素分解酶(纖維素酶)、木質素酶或多種破壞小分子生物質的代謝物。這些酶可以是協同地作用以降解生物質的結晶纖維素或木質素部分的酶復合物。纖維素分解酶的例子包括內切葡聚糖酶、纖維二糖水解酶和纖維二糖酶(β -葡糖苷酶)。纖維素底物最初由內切葡聚糖酶在隨機位置水解，產生低聚物中間體。這些中間體隨后是從纖維素聚合物末端產生纖維二糖的外切性葡聚糖酶如纖維二糖水解酶的底物。纖維二糖是水溶性1，4-連接的葡萄糖二聚體。最后，纖維二糖酶切割纖維二糖以產生葡萄糖。鍾通過發酵由糖化處理過的生物質材料所產生的低分子量糖，微生物可以產生眾多有用的中間體和產品。例如，發酵或其他生物加工可以產生醇、有機酸、烴、氫、蛋白質或任何這些物質的混合物。例如，酵母和發酵單胞菌屬(Zymomonas)細菌可以用于發酵或轉化。在下文材料部分中討論其他微生物。酵母的最佳PH是約pH 4至pH 5，而發酵單胞菌屬的最佳pH是約pH 5至pH 6。常見的發酵時間是約24至96小時，溫度在26°C至40°C范圍內，然而嗜熱微生物偏好更高的溫度。可以使用移動式發酵罐，如美國臨時專利申請序列60/832，735，現在的公布的國際申請NO.W02008/011598中所描述。類似地，糖化設備可以是移動式的。另外，糖化和/或發酵可以部分或完全地在運輸期間進行。熱化學轉化可以對處理過的生物質進行熱化學轉化以產生一種或多種所需的中間體和/或產品。熱化學轉化方法包括在高溫下改變含碳材料的分子結構。具體例子包括氣化法、熱解法、重整法、部分氧化法和這些方法(以任意順序)的混合。氣化法將含碳材料轉化成合成氣(syngas),所述合成氣可以包含甲醇、一氧化碳、二氧化碳和氫。許多微生物，如產乙酸菌類或同型產乙酸菌類能夠利用來自生物質的熱化學轉化的合成氣，以產生包括醇、羧酸、羧酸鹽、羧酸酯或任何這些物質的混合物的產品。生 物質(例如，纖維素或木質纖維素材料)的氣化可以由多種技術完成。例如，氣化可以使用分級蒸汽重整法用流化床反應器完成，在流化床反應器中，首先在氧不存在下熱解碳質材料，并且隨后在蒸汽提供額外的氫和氧的情況下將熱解水蒸氣重整成合成氣。在這種技術中，加工熱來自燃燒煤炭。另一項技術利用螺旋奧格反應器，其中在熱解階段導入水分和氧并且加工熱通過燃燒在稍后階段中產生的氣體中的一些而產生。另一項技術利用攜帶流重整法，其中將外部蒸汽和空氣導入單級氣化反應器中。在部分氧化氣化中，使用純氧且沒有蒸汽。后加工蒸籃在發酵后，可以使用例如“啤酒柱”蒸餾所得到的流體以將乙醇和其他醇與大部分水和殘余固形物分離。離開啤酒柱的蒸氣可以是例如以重量計35%的乙醇并且可以送至精餾柱。來自精餾柱中近乎共沸的(92. 5%)乙醇和水的混合物可以使用汽相分子篩純化為純(99.5%)乙醇。啤酒柱殘渣可以輸送至三效蒸發器的第一效。精餾柱回流冷凝器可以為該第一效提供熱。在第一效后，固形物可以使用離心機分離并且在旋轉干燥器中干燥。可以將一部分(25%)的離心機流出液回收以發酵并且可以將剩余部分輸送至第二和第三蒸發器效。可以將大部分蒸發器冷凝物作為相當干凈的冷凝物返回至該工藝，而小部分分流至廢水處理以防止低沸點化合物堆積。中間體和產品例如，使用這類主加工和/或后加工，處理過的生物質可以轉化成一種或多種產品，如能量、燃料、食品和材料。其他例子包括羧酸如乙酸或丁酸、羧酸鹽、羧酸與羧酸鹽與羧酸酯(例如，甲酯、乙酯和正丙酯)的混合物、酮、醛、α、β不飽和酸如丙烯酸和烯烴，如乙烯。其他醇和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1，4- 丁二醇、1，3-丙二醇、這些醇中的任一種的甲酯或乙酯。其他產物包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乳酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、3-羥基丙酸、所述酸中任一者的鹽和所述酸中任一者和相應鹽的混合物。其他中間體和產品，包括食品和藥品，在美國序列No. 12/417，900中描述，所述專利的完整公開內容在此通過引用方式并入本文。MM
牛物質材料生物質可以是例如纖維素或木質纖維素材料。這類材料包括紙和紙產品(例如，塑膠涂布紙和牛皮紙)、木材、木材相關材料,例如,刨花板、草類、稻殼、甘蔗渣、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、稻草、柳枝稷、苜蓿、干草、玉米芯、玉米秸桿、椰毛；和α-纖維素含量高的材料，例如，棉花。原料可以從未經利用的廢棄紡織品材料獲得，例如，邊角剩料、消費后廢棄物，例如，碎布。當使用紙產品時，它們可以是未經利用的材料，例如，廢棄的未經利用的材料，或它們可以是消費后廢棄物。除了未經利用的原材料，消費后廢棄物、工業廢棄物(例如，下腳料)和加工廢棄物(例如，來自紙加工的流出液)也可以用作纖維源。生物質原料也可以從人廢棄物(例如，污水)、動物廢棄物或植物廢棄物獲得或衍生。額外的纖維素和木質纖維素材料已經在美國專利No. 6，448，307、No. 6，258，876、No. 6，207，729、No. 5，973，035 和 No. 5，952，105 中描述。在一些實施方案中，生物質材料包括碳水化合物，所述碳水化合物是或包括具有一個或多個β -I, 4-連接和具有在約3，000和50，000之間的數均分子量的材料。這種碳水化合物是或包括由(β_葡萄糖I)通過β (1，4)_糖苷鍵縮合衍生而來的纖維素(I)。這種連接自身與淀粉和其他碳水化合物中存在的α (1，4)_糖苷鍵形成對比。
權利要求
1.ー種方法，包括 使用作為咸水和/或摻雜的水源以將纖維素或木質纖維素原料轉化成中間體或產品。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述原料已經進行處理以降低其抗降解性。
3.根據權利要求I所述的方法，其中將所述原料轉化成中間體或產品包括使所述原料與微生物在水溶液中接觸。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述微生物適應于在咸水或摻雜的水中發揮作 用。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括處理所述水源以降低其鹽度或雜質并且在所述水溶液中使用所述處理過的水。
6.根據權利要求I所述的方法，其中所述水源包括海水或微咸水。
7.根據權利要求I所述的方法，其中所述水源包括廢水、灰水或收集的雨水。
8.根據權利要求I所述的方法，其中所述水源包括微生物摻雜的淡水補給。
9.根據權利要求2所述的方法，其中所述原料已經用選自機械處理法、輻射法、超聲波處理法、熱解法、氧化法、蒸汽閃爆法、化學處理法及其組合的物理處理法處理。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述原料已經用選自切割、碾磨、研磨、擠壓、剪切和切碎的機械處理法處理。
11.根據權利要求I所述的方法，其中所述生物質原料選自紙、紙產品、木材、木材相關材料、草類、稻殼、甘蔗渣、棉花、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、蕉麻、稻草、玉米芯、椰毛、藻類、海草、微生物材料、合成纖維素及其混合物。
12.根據權利要求4所述的方法，其中所述微生物包括海洋微生物。
13.根據權利要求4所述的方法，其中所述微生物包括工程化微生物。
全文摘要
加工生物質(例如，植物生物質、動物生物質和城市廢棄生物質)以產生有用的中間體和產品，如能量、燃料、食品或材料。例如，描述了可以使用原材料如纖維素和/或木質纖維素材料以便例如通過發酵產生中間體或產品的系統。
文檔編號D04H1/00GK102844181SQ201180018963
公開日2012年12月26日 申請日期2011年5月20日 優先權日2010年5月24日
發明者M·梅多夫, H·梅多夫 申請人:希樂克公司