一種秸稈生產乙醇的預處理方法和應用
【專利摘要】本發明涉及木質纖維素類原料生產乙醇的技術領域，尤其是一種秸稈生產乙醇的預處理方法和應用。該方法包括以下步驟：(1)將玉米秸稈粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用；(2)將玉米秸稈與芬頓試劑置于三角瓶中，常溫條件下反應24～72h，反應結束后，將玉米秸稈依次進行真空抽濾、清洗和烘干，得到預處理的玉米秸稈。采用本發明預處理后的秸稈酶解葡萄糖產量提高57％，其操作簡單，無需高溫高壓設備，對設備要求低，能耗低，適合工業化生產。
【專利說明】
一種秸稈生產乙醇的預處理方法和應用
技術領域
[0001] 本發明涉及木質纖維素類原料生產乙醇的技術領域，尤其是一種秸桿生產乙醇的 預處理方法和應用。
【背景技術】
[0002] 生物質是一種重要的可再生資源，利用生物質生產燃料乙醇是一種新的能源利用 形式，環境污染小，是目前的研究熱點。我國生物質原料豐富，其中玉米秸桿年產量高達7億 多噸，占生物質原料的35%。如果能將生物質資源轉化為可利用的液體或氣體燃料，將有力 緩解人類所面臨的資源危機、能源短缺及環境污染等一系列問題，具備很好的應用前景。
[0003] 秸桿類原料的主要是由纖維素、半纖維素和木質素通過共價鍵聯結成網絡結構， 導致纖維素后續糖化水解效率低，乙醇產率低。所以，需要通過預處理，破壞木質素對纖維 素和半纖維素的包裹，降低纖維素的結晶度，提高后續糖化效率，進而提高生物質利用率。
[0004] 目前，玉米秸桿的預處理方法主要有物理法、化學法和生物法。物理法主要包括機 械粉碎、微波輻射預處理、蒸汽爆破預處理以及熱解預處理等。該類方法主要的缺點是能耗 大，機械粉碎的能耗占總能耗的50%~60%，處理效率低。蒸汽爆破預處理法是使用較多廣 泛，處理效果較好的一種方法，該預處理法的優點是不必添加任何化學物品。但是利用該法 進行預處理時，部分木質纖維素物質會在高溫條件下發生降解，產生對后續的酶解和發酵 過程有抑制作用的有毒有害物質。化學預處理法主要有無機酸、無機堿和有機溶劑預處理 等方法，其機理主要是使木質纖維素發生吸脹，破壞纖維素的結晶結構，使纖維素、半纖維 素和木質素發生溶解并降解。生物法預處理的能耗低，操作簡便，又不污染環境，但其處理 效率低，處理周期長。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發明的目的在于提出一種秸桿生產乙醇的預處理方法和應 用，克服現有木質纖維素類原料生產乙醇預處理技術的不足，采用本發明方法可以有效提 高酶解葡萄糖產量，反應無需高溫高壓設備，對反應設備要求低。
[0006] 為了達到上述目的，本發明的技術方案是：
[0007] -種秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0008] (1)將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用；
[0009] (2)將玉米秸桿與芬頓試劑置于三角瓶中，芬頓試劑中氯化亞鐵的摩爾濃度范圍 為:0.1~10mmol/L，芬頓試劑中過氧化氫的濃度范圍為:0.05~5wt%，常溫條件下反應24 ~72h，反應結束后，將玉米秸桿依次進行真空抽濾、清洗和烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0010] 所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，玉米秸桿中的干物質與芬頓試劑的質量體積 比為Ig: (10~50)mL。
[0011] 所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，烘干溫度為50~IHTC。
[0012] 所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，在生物質燃料乙醇或生物質發酵工程中的應 用。
[0013] 本發明的優點及有益效果是：
[0014] 1、本發明在常溫常壓下預處理玉米秸桿，避免了高能耗及高溫高壓帶來的不安全 因素，預處理后的秸桿酶解葡萄糖產量提高57%。
[0015] 2、本發明所涉及的裝置結構簡單，操作方便，不涉及復雜的高溫高壓設備和工藝， 能耗低，易于產業化推廣，適合工業化生產。
[0016] 3、本發明所涉及的芬頓試劑為低濃度亞鐵離子和過氧化氫，高濃度的亞鐵離子和 過氧化氫處理會導致纖維素降解和自由基減少，阻礙亞鐵離子的反應和更多羥基自由基的 形成。
【具體實施方式】
[0017] 在具體實施過程中，本發明玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，玉米秸桿與芬頓試 劑的主要反應過程如下：
[0018] 過氧化氫本身氧化性很強，但是在低濃度時氧化能力有限，Fe2+與過氧化氫反應生 成· OH自由基，增加過氧化氫的氧化能力，反應方程式如下：
[0019] Fe2++H2〇2-Fe3++OH-+ · OH
[0020] Fe3++H2〇2^Fe2++H ++ · OOH
[0021] 高活性的· OH與纖維素鏈中葡萄糖吡喃環上的羥基反應，破壞纖維素分子內和分 子間的氫鍵，纖維素的無定型區和部分結晶區被氧化，羥基被氧化為醛基和羧基，生成活性 有機物自由基，導致纖維素解聚，改變纖維表面形貌。反應如下：
[0022]
[0023]下面結合實施例進一步闡述本發明，應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】 僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0024] 實施例1
[0025]本實施例中，玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0026] 1、將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用。
[0027] 2、配制300mL的芬頓試劑中=FeCl2的濃度為lmmol ,H2O2的濃度為3wt%。
[0028] 3、將IOg經粉碎過篩后的玉米秸桿置于上述溶液中，常溫條件下反應24h，真空抽 濾、清洗后105 tC烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0029] 實施例2
[0030]本實施例中，玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0031] 1、將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用。
[0032] 2、配制300mL的芬頓試劑中=FeCl2的濃度為2mmol ,H2O2的濃度為2wt%。
[0033] 3、將IOg經粉碎過篩后的玉米秸桿置于上述溶液中，常溫條件下反應24h，真空抽 濾、清洗后50°C烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0034] 實施例3
[0035]本實施例中，玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0036] 1、將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用。
[0037] 2、配制300mL的芬頓試劑中=FeCl2的濃度為3mmol ,H2O2的濃度為lwt%。
[0038] 3、將IOg經粉碎過篩后的玉米秸桿置于上述溶液中，常溫條件下反應48h，真空抽 濾、清洗后80°C烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0039] 實施例4
[0040] 本實施例中，玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0041] 1、將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用。
[0042] 2、配制200mL的芬頓試劑中：FeCl2的濃度為3mmol，H2〇 2的濃度為0.5wt%。
[0043] 3、將IOg經粉碎過篩后的玉米秸桿置于上述溶液中，常溫條件下反應48h，真空抽 濾、清洗后105 tC烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0044] 實施例5
[0045]本實施例中，玉米秸桿生產乙醇的預處理方法，包括以下步驟：
[0046] 1、將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用。
[0047] 2、配制200mL的芬頓試劑中=FeCl2的濃度為5mmol ,H2O2的濃度為3wt%。
[0048] 3、將5g經粉碎過篩后的玉米秸桿置于上述溶液中，常溫條件下反應72h，真空抽 濾、清洗后105 tC烘干，得到預處理的玉米秸桿。
[0049] 應用例
[0050] 將實施例1至5中預處理的玉米秸桿，應用在生物質燃料乙醇或生物質發酵工程 中，實驗數據和技術效果如下：
[0051 ]用低濃度芬頓試劑預處理玉米秸桿葡萄糖產量與酶解時間有關，酶解時間48h葡 萄糖產量高于24h。經過芬頓試劑預處理后的秸桿酶解葡萄糖產量提高，酶解24h，葡萄糖產 量可提高47%;酶解48h，葡萄糖產量可提高57%。不同配比芬頓試劑預處理秸桿前后酶解 葡萄糖產量見表1。
[0052]表1不同配比芬頓試劑預處理秸桿前后酶解葡萄糖產量變化
[0054]實施例和應用例結果表明，本發明玉米秸桿的預處理方法，能夠充分使芬頓試劑 與秸桿混勻，利用Fe2+與H2O2反應產生羥基自由基（· 0H)的強氧化性，一定程度破壞木質素 對纖維素的包裹，降低纖維度的結晶度，使預處理后玉米秸桿的酶解葡萄糖產量提高。本發 明操作簡單，無需高溫高壓設備，能耗低，適用于生物質燃料乙醇和生物質發酵工程中。
【主權項】
1. 一種秸桿生產乙醇的預處理方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將玉米秸桿粉碎后，過40#篩，置于干燥器中備用； (2) 將玉米秸桿與芬頓試劑置于三角瓶中，芬頓試劑中氯化亞鐵的摩爾濃度范圍為： 0.1~10mmol/L，芬頓試劑中過氧化氫的濃度范圍為:0.05~5wt%，常溫條件下反應24~ 72h，反應結束后，將玉米秸桿依次進行真空抽濾、清洗和烘干，得到預處理的玉米秸桿。2. 根據權利要求1所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，其特征在于:玉米秸桿中的干物 質與芬頓試劑的質量體積比為1 g: (1 〇~50 )mL。3. 根據權利要求1所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，其特征在于：烘干溫度為50~ lure。4. 一種權利要求1所述的秸桿生產乙醇的預處理方法，其特征在于:在生物質燃料乙醇 或生物質發酵工程中的應用。
【文檔編號】C12P7/10GK106086084SQ201610427735
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】陳富于, 劉慶玉, 孫清, 李陽
【申請人】沈陽農業大學