專利名稱：一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于綠色化學和清潔能源技術領域，涉及一種兩步水解生物質(zhì)制備還原糖 的方法。
背景技術：
生物質(zhì)資源可再生，分布廣泛，農(nóng)作物秸稈、谷殼等農(nóng)業(yè)廢棄物，木材、鋸末等林業(yè) 廢棄物，蔗渣等工業(yè)廢棄物，以及城市生活垃圾等都是可以利用的生物質(zhì)資源。以往對于生 物質(zhì)的利用多采取直接燃燒的方式，盡管方法簡單，但利用率低、有環(huán)境污染問題。借助熱 化學和生物化學手段將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高熱值易處理的生物質(zhì)燃料和高附加值的化學品，有 效提高了能源利用效率。例如，由生物質(zhì)水解糖化后發(fā)酵制備的生物乙醇，丁醇等，既可以 作為有用的化學品，還是清潔的液體燃料。生物質(zhì)中的碳水化合物多以聚合物的形式存在， 對于生物質(zhì)_生物乙醇過程，必須先將聚合物水解轉(zhuǎn)化成單糖，這些單糖再進一步通過發(fā) 酵轉(zhuǎn)化為乙醇。目前生物質(zhì)水解的方法主要有酸催化水解法和酶水解法。酸水解工藝成熟，但存 在設備腐蝕問題，且反應廢液對環(huán)境有污染、后處理步驟復雜。酶水解具有選擇性好、反應 條件溫和、環(huán)境友好、設備簡單等優(yōu)點，但反應周期過長，并且纖維素酶制備提純困難、成本 高，無法實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。超/亞臨界水法水解生物質(zhì)是一種生物質(zhì)資源利用的 新技術，具有反應速率快、無溶劑污染、轉(zhuǎn)化率高等獨特優(yōu)點，但目前在技術上還不成熟，設 備要求高，糖產(chǎn)率離實現(xiàn)工業(yè)化還有一定距離。生物質(zhì)中的半纖維素和纖維素水解需要不同的溫度和時間條件，兩步法水解工藝 在不同條件下處理生物質(zhì)，使半纖維素糖和纖維素糖多能得到有效的回收利用，從而提高 生物質(zhì)原料的利用效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法，解決 超/亞臨界水一步法水解生物質(zhì)工藝在單一條件下導致生物質(zhì)中半纖維素糖類的損失，以 及糖產(chǎn)率不理想的缺點。本發(fā)明的技術方案是將生物質(zhì)水解分兩步進行，第一步的低溫水解固體殘渣作為第二步的高溫水解原 料，充分利用原材料，從而制備高產(chǎn)量還原糖。本發(fā)明所述的制備方法包括以下步驟(1)將生物質(zhì)與蒸餾水以質(zhì)量比為1 100 1 20的比例加入到反應釜中，控 制反應溫度為180 230°C，攪拌反應0 60min。(2)反應結(jié)束后，冰水浴冷卻，將(1)中產(chǎn)物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的 產(chǎn)物。固相殘渣蒸餾水淋洗至濾液無色，用于下步高溫反應原料。(3)上步反應得到的固相殘渣與蒸餾水以1 100的固液比加入另一反應釜中，控制反應溫度為300 380°C，反應20 120s。(4)反應結(jié)束后，冰水浴冷卻，將(3)中產(chǎn)物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產(chǎn)物。以上所述的生物質(zhì)為稻稈、玉米稈、麥稈、高粱稈、甘蔗渣、棉籽殼，粒徑為40 100 目。本發(fā)明的效果和益處是兩步法水解生物質(zhì)，可有效提取生物質(zhì)中的半纖維素糖 類；在低溫段破壞原料纖維結(jié)構，有利于下步水解的進行；總還原糖產(chǎn)量顯著提高，提高了 原料利用率。
具體實施例方式以下結(jié)合技術方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。實施例1按固液質(zhì)量比為1 100的比例稱取1. 5g稻稈和150ml去離子水加入到反應釜 中，控制反應溫度為190°C，攪拌反應40min。反應結(jié)束后，反應釜放入冰水浴中冷卻，將產(chǎn) 物過濾、離心，對液相產(chǎn)物進行吸光度分析，還原糖產(chǎn)率為21%。固相殘渣用蒸餾水洗至濾 液無色，烘干至衡重。按固液質(zhì)量比1 100稱取0.05g固相殘渣和5ml水加入到另一管 式反應器中，放入控制溫度為380°C的錫浴池中加熱，反應20s后，取出冰水浴冷卻，將產(chǎn) 物過濾、離心，對液相產(chǎn)物進行吸光度分析，還原糖產(chǎn)率為24%。稻桿水解還原糖總產(chǎn)率為 45%。實施例2按固液質(zhì)量比為1 40的比例稱取1. 5g稻稈和150ml去離子水加入到反應釜中， 控制反應溫度為190°C，攪拌反應20min。反應結(jié)束后，反應釜放入冰水浴中冷卻，將產(chǎn)物過 濾、離心，對液相產(chǎn)物進行吸光度分析，還原糖產(chǎn)率為21%。固相殘渣用蒸餾水洗至濾液無 色，烘干至衡重。按固液質(zhì)量比1 100稱取0.05g固相殘渣和5ml水加入到另一管式反應 器中，放入控制溫度為380°C的錫浴池中加熱，反應20s后，取出冰水浴冷卻，將產(chǎn)物過濾、 離心，對液相產(chǎn)物進行吸光度分析，還原糖產(chǎn)率為24%。稻桿水解還原糖總產(chǎn)率為45%。
權利要求
一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法，其特征包括如下步驟(1)將生物質(zhì)與蒸餾水以質(zhì)量比為1∶100～1∶20的比例加入到反應釜中，控制反應溫度為180～230℃，攪拌反應0～60min；(2)反應結(jié)束后，冰水浴冷卻，將(1)中產(chǎn)物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產(chǎn)物。固相殘渣蒸餾水淋洗至濾液無色，用于下步高溫反應原料；(3)上步反應得到的固相殘渣與蒸餾水以1∶100的固液比加入另一反應釜中，控制反應溫度為300～380℃，反應20～120s；(4)反應結(jié)束后，冰水浴冷卻，將(3)中產(chǎn)物過濾、離心，液相中得到含有還原糖的產(chǎn)物。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法，其特 征在于所用的生物質(zhì)為稻稈、玉米稈、麥稈、高粱稈、甘蔗渣或棉籽殼，粒徑為40 100目。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法，其特 征在于采用先低溫后高溫的兩步法工藝水解生物質(zhì)。
全文摘要
一種超/亞臨界水兩步水解生物質(zhì)制備還原糖的方法，屬于新能源技術領域。其特征是采用超/亞臨界水低溫段+高溫段兩步法水解生物質(zhì)，從而實現(xiàn)制備高產(chǎn)量還原糖的目的。水解反應在溫度180～230℃，反應時間0～60min，固液比1∶100～1∶20的條件下進行。本發(fā)明的效果和益處是在超/亞臨界水兩步法水解條件下，生物質(zhì)中的半纖維素糖類得到回收利用，生物質(zhì)水解還原糖產(chǎn)率有明顯的提高，依據(jù)原料不同，最大總還原糖產(chǎn)率可達到40％～60％，原料還原糖回收率達70％以上。
文檔編號C13K13/00GK101886143SQ20101022995
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者劉慧屏, 周丹, 徐剛, 徐琴琴, 羅鵬, 銀建中 申請人:大連理工大學