本發明屬于生物質能源
技術領域：
，具體涉及一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法。
背景技術：
：中國近二十年來由于煤、電、天然氣的普及、各種工業制品的豐富，農村對油菜秸稈的需求減少，大量油菜秸稈的處理成為了一個嚴重的社會問題，很多地方農民仍然直接在地里燃燒油菜秸稈，引發空氣污染、火災、飛機無法正常起降等后果。隨著人口的增長，糧食、能源與環境是人類面臨的最主要挑戰。以纖維素原料生產可再生清潔能源日益受到廣泛關注，而以農作物廢棄物為原料生產燃料丁醇被認為是最有發展前景的產業。油菜在我國種植面積很廣，每年產生大量的油菜秸稈。油菜秸稈中蛋白質含量低但碳水化合物含量高，個別品種碳水化合物含量高達干物質的78%，因而是生產生物質能的優質原料。國內外對油菜秸稈轉化燃料丁醇的研究已起步，目前丁醇產率還比較低，瓶頸在于油菜秸稈降解成可發酵糖的技術還不理想。因此，發明油菜秸稈的高效降解工藝對油菜秸稈的綜合開發及木質纖維素的能源化利用均具有極高的經濟價值和社會效益。利用木質纖維材料制取生物丁醇對緩解能源危機與環境惡化有重要的意義（生物質化學工程，2012，46(3)，39-44）。但在酶水解過程中，由于部分纖維素酶和半纖維素酶不可逆的以無效吸附的方式吸附在底物特別是木質素表面會導致酶活性的損失，此外纖維素本身的結晶結構和半纖維素結構的復雜性也是導致水解效率低的重要因素。在實際應用中，生物燃料丁醇由于其能夠汽油以任意比混合，又無需對車輛進行改造，且其經濟性高，可有效提高車輛的燃油效率和行駛里程。故生物燃料丁醇比生物乙醇更具優越的品質以及更高的熱值轉化率。因而，生物燃料丁醇將會更加贏得人們的青睞。傳統的生物丁醇的制備方法是以玉米、麥類、大豆等谷物糧食為原料通過發酵制備而成的。但以糧食為原料生產生物燃料不僅不能滿足社會需求，而且會危及糧食安全。有研究人員指出，即使美國種植的所有玉米和大豆都用于生產生物能源，也只能分別滿足美國社會汽油需求的12％和柴油需求的6％。而玉米和大豆首先要滿足糧食、飼料和其他經濟需求，不可能都用來生產生物燃料。國際貨幣基金組織也警告說，全球用于生物燃料的谷物生產不斷增加有可能對世界貧困產生嚴重影響。為此，研究人員都在積極探索以非糧食類植物生產生物燃料丁醇的方法。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，以解決油菜秸稈降解成可發酵糖不完全導致丁醇得率低等問題。本發明可避免微生物酶發酵制糖工藝的不確定性，降低了技術風險；本發明糖轉化率高，產生的殘渣量少，是綠色環保型工藝；本發明的水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關技術的推廣和應用；本發明的方法所制備的生物燃料丁醇與石油煉制方法制備的燃料相比具有顯著的環保效應，它可有效降低溫室氣體的排放。同時，也為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案。為了解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用食鹽水漂洗油菜秸稈2-3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60-65℃，在攪拌轉速為200-300r/min下預處理0.8-1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預處理的油菜秸稈顆粒，預處理能將油菜秸稈的纖維素、木質素等天然高分子相互解離，有利于下一步的水解；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%-10%，所述乙醇的質量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10-13g/mL；羧酸銨鹽與丁酮、乙醇混用可使木質素的分離有增效作用；S4：將步驟S3制得的預處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.3-1.7，加熱至71-76℃，在攪拌轉速為300-400r/min下處理1.2-1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%-7%，所述硫酸的質量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4-8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25-42℃下發酵30-100h，經分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.02%-0.04%、0.01%-0.03%、0.01%-0.03%、0.03%-0.05%、0.04%-0.06%、0.04%-0.06%、0.18%-0.21%、0.08%-0.12%、0.12%-0.16%。進一步地，步驟S1中所述食鹽水的濃度為10%-15%。進一步地，步驟S2中所述篩子的目數為120-200。進一步地，步驟S3中所述油菜秸稈顆粒在微波反應器中預處理的溫度為65℃，轉速為300r/min，時間為0.8h。進一步地，步驟S3中所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL。進一步地，步驟S4中所述預處理的油菜秸稈顆粒在超聲波反應器處理的pH為1.7，溫度為76℃，轉速為400r/min，時間為1.2h。進一步地，步驟S4中所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL。進一步地，步驟S5中所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的8%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.05%、0.05%、0.2%、0.1%、0.14%。本發明具有以下有益效果：（1）本發明原材料來源廣，制備丁醇成本低；（2）本發明制備工藝簡單，投入少，適合大規模的推廣和應用；（3）可避免微生物酶發酵制糖工藝的不確定性，降低了技術風險；（4）糖轉化率高，產生的殘渣量少，是綠色環保型工藝；（5）水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關技術的推廣和應用；（6）本發的方法制得的糖得率為92.12%-93.56%，丁醇得率為66.76%-67.89%，丁醇純度為99.51%-99.63%，可見采用本發明的方法可高產丁醇；（7）本發明的方法所制備的生物燃料丁醇與石油煉制方法制備的燃料相比具有顯著的環保效應，它可有效降低溫室氣體的排放。同時，也為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案。【具體實施方式】為便于更好地理解本發明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬于本發明的保護范圍，但不限制本發明的保護范圍。在實施例中，所述利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為10%-15%的食鹽水漂洗油菜秸稈2-3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過120-200目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60-65℃，在攪拌轉速為200-300r/min下預處理0.8-1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%-10%，所述乙醇的質量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10-13g/mL；S4：將步驟S3制得的預處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.3-1.7，加熱至71-76℃，在攪拌轉速為300-400r/min下處理1.2-1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%-7%，所述硫酸的質量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4-8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25-42℃下發酵30-100h，經分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.02%-0.04%、0.01%-0.03%、0.01%-0.03%、0.03%-0.05%、0.04%-0.06%、0.04%-0.06%、0.18%-0.21%、0.08%-0.12%、0.12%-0.16%。下面通過更具體實施例對本發明進行說明。實施例1一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為12%的食鹽水漂洗油菜秸稈2.5h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過150目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63℃，在攪拌轉速為200-300r/min下預處理1h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為9%，所述乙醇的質量濃度為70%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為7%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為15:18:1，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL；S4：將步驟S3制得的預處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.5，加熱至74℃，在攪拌轉速為400r/min下處理1.6h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為6%，所述硫酸的質量濃度為5%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為8:6，所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為35℃下發酵60h，經分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的8%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.05%、0.05%、0.2%、0.1%、0.14%。實施例2一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為10%的食鹽水漂洗油菜秸稈3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過120目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60℃，在攪拌轉速為200r/min下預處理1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%，所述乙醇的質量濃度為60%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10:12:1，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3制得的預處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.3，加熱至71℃，在攪拌轉速為300r/min下處理1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%，所述硫酸的質量濃度為4%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6:5，所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25℃下發酵100h，經分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.02%、0.01%、0.01%、0.03%、0.04%、0.04%、0.18%、0.08%、0.12%。實施例3一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為15%的食鹽水漂洗油菜秸稈2h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過200目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至65℃，在攪拌轉速為300r/min下預處理0.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為10%，所述乙醇的質量濃度為80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為20:25:2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:13g/mL；S4：將步驟S3制得的預處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.7，加熱至76℃，在攪拌轉速為400r/min下處理1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為7%，所述硫酸的質量濃度為6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為10:8，所述預處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為42℃下發酵30h，經分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質量為糖液質量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.04%、0.03%、0.03%、0.05%、0.06%、0.06%、0.21%、0.12%、0.16%。取出適量實施例1-3的糖液煮沸、滅活，并適度稀釋，用DNS比色定糖法測定發酵糖含量，并計算糖得率；同時檢測實施例1-3的方法制備丁醇得率和純度，結果如下表所示：實施例糖得率，%丁醇得率，%丁醇純度，%193.4367.3299.57292.1266.7699.51393.5667.8999.63由上表可知，由本發明實施例1-3的方法制得的糖得率為92.12%-93.56%，丁醇得率為66.76%-67.89%，丁醇純度為99.51%-99.63%，說明了糖轉化率高，采用本發明的方法可高產丁醇。以上內容不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明，對于本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。當前第1頁1 2 3