一種玉米秸稈的預(yù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素乙醇技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種玉米秸桿的預(yù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液體燃料方便運(yùn)輸和便于利用，已成為重要的工業(yè)和日常能量來源。其中，石油是目前全球使用最多的液體燃料，但是，石油資源不可再生且CO2和其他污染氣體的排放會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的惡化。發(fā)展可再生的清潔能源成為我國(guó)的能源發(fā)展戰(zhàn)略的重中之重。乙醇作為可替代的清潔液體能源受到廣泛的關(guān)注和重視，傳統(tǒng)生產(chǎn)乙醇的方法是以糧食為原料，采用酵母直接發(fā)酵的方法產(chǎn)生乙醇，但此種方法需要消耗大量的糧食，面臨“與人爭(zhēng)地，與人爭(zhēng)糧”的問題。人們逐漸將目光投向農(nóng)業(yè)廢棄物，如玉米秸桿，高粱秸桿，小麥秸桿等，因農(nóng)業(yè)廢棄物也是碳水化合物，并且每年產(chǎn)量巨大，只玉米秸桿，高粱秸桿，小麥秸桿等便有7億噸每年，這些廢棄物得不到有效利用便會(huì)被農(nóng)民燒掉，不僅浪費(fèi)能源而且污染環(huán)境。利用農(nóng)業(yè)廢棄物即木質(zhì)纖維素經(jīng)過預(yù)處理后經(jīng)過酶解得到的葡萄糖和木糖可以被酵母菌所利用產(chǎn)生纖維素乙醇，采用這種方法即保護(hù)了環(huán)境，有效利用了資源，又得到了清潔能源，是非常有前途的能源利用方式。
[0003]但目前，制約木質(zhì)纖維素利用的瓶頸是由于高昂的預(yù)處理成本，木質(zhì)纖維素的利用首先要破壞掉植物細(xì)胞壁的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，去除木質(zhì)素，降低結(jié)晶度，增加底物與酶的接觸面積，從而提高纖維素的酶解效率。
[0004]現(xiàn)有的預(yù)處理手段包括:物理方法，化學(xué)方法，物理化學(xué)-方法和生物方法。物理方法，主要包括機(jī)械粉碎法、蒸汽爆破、超臨界水處理和濕氧法；化學(xué)方法，主要包括堿處理、稀酸處理、濃酸處理、氧化劑處理以及有機(jī)溶劑處理；生物方法采用真菌對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行處理。
[0005]在這些預(yù)處理方法中，堿法能夠打開木質(zhì)素和半纖維素之間的醚鍵，去除木質(zhì)素，較大程度保留纖維素和半纖維素?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的堿性物質(zhì)有氨水、液氨、氫氧化鈉、生石灰等。但是，采用氫氧化鈉或生石灰雖然可以在常壓下進(jìn)行，但是預(yù)處理后需要大量水進(jìn)行洗滌，除去堿性試劑，且堿性試劑的排放會(huì)污染環(huán)境；而以氨水或液氨進(jìn)行預(yù)處理時(shí)需要采用高壓設(shè)備進(jìn)行，條件苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種玉米秸桿的預(yù)處理方法，本發(fā)明的預(yù)處理方法無需采用高壓設(shè)備，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求低。
[0007]本發(fā)明提供了一種玉米秸桿的預(yù)處理方法，包括以下步驟:
[0008]將玉米秸桿與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，在120?200°C的條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0009]優(yōu)選的，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig: (0.1?10)mL。
[0010]優(yōu)選的，所述玉米稻桿的平攤厚度為0.5?5cm。
[0011]優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為0.5?5h。
[0012]優(yōu)選的，進(jìn)行加熱反應(yīng)后，還包括將玉米秸桿依次進(jìn)行冷卻和烘干。
[0013]優(yōu)選的，所述冷卻的溫度為50?110°C。
[0014]優(yōu)選的，所述烘干的溫度為70?180°C。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種玉米秸桿的預(yù)處理方法，包括以下步驟:將玉米秸桿與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，在120?200°C的條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理的玉米秸桿。本發(fā)明能夠充分使乙二胺與物料混勻，節(jié)省乙二胺的使用量，乙二胺具有較強(qiáng)的堿性，能夠打開木質(zhì)素和半纖維素之間的醚鍵，降解木質(zhì)素，較大程度保留纖維素和半纖維素，使預(yù)處理后的玉米秸桿的酶解效率提高。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，無需采用高壓設(shè)備，對(duì)設(shè)備要求低，能耗低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0016]結(jié)果表明，玉米秸桿經(jīng)預(yù)處理酶解后的葡萄糖的得率為40?90%。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供了一種玉米秸桿的預(yù)處理方法，包括以下步驟:
[0018]將玉米秸桿與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，在120?200°C的條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0019]本發(fā)明優(yōu)選以經(jīng)過破碎的玉米秸桿為原料。其中，本發(fā)明對(duì)所述玉米秸桿的破碎程度并沒有特殊限制。將上述玉米秸桿與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，其中，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig:(0.1?10)mL。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig:5mL，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig:1OmL,在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig:0.lmL。
[0020]在本發(fā)明中，優(yōu)選將所述玉米秸桿均勻的平攤于托盤中，以增大與乙二胺的接觸面積。其中，所述玉米秸桿的平攤厚度優(yōu)選為0.5?5cm，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米秸桿的平攤厚度為0.5cm，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米秸桿的平攤厚度為2cm，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述玉米稻桿的平攤厚度為5cm。
[0021]本發(fā)明對(duì)所述乙二胺的加入方式并沒有特殊限制，優(yōu)選將乙二胺置于密閉反應(yīng)器的底部。
[0022]將玉米秸桿與乙二胺放置好后，進(jìn)行加熱反應(yīng)。所述加熱反應(yīng)的溫度為120?200 0C，在該溫度條件下，乙二胺由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，與玉米秸桿充分接觸，節(jié)省乙二胺的使用量，乙二胺具有較強(qiáng)的堿性，能夠打開木質(zhì)素和半纖維素之間的醚鍵，降解木質(zhì)素，較大程度保留纖維素和半纖維素。所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為0.5?5h。加熱反應(yīng)的壓力即為密閉反應(yīng)器中的實(shí)際壓力。加熱反應(yīng)結(jié)束后，得到預(yù)處理的玉米秸桿。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱反應(yīng)的溫度為150°C，反應(yīng)時(shí)間為3h ;在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱反應(yīng)的溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為5h ;在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱反應(yīng)的溫度為120 °C，反應(yīng)時(shí)間為0.5ho
[0023]在本發(fā)明中，加熱反應(yīng)結(jié)束后，還包括將玉米秸桿依次進(jìn)行冷卻和烘干。在本發(fā)明中，所述冷卻的溫度為50?110°C，在上述溫度條件下，乙二胺氣體冷凝。再將玉米秸桿進(jìn)行烘干，所述烘干的溫度為70?180°C。烘干結(jié)束后，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0024]本發(fā)明能夠充分使乙二胺與物料混勻，節(jié)省乙二胺的使用量，乙二胺具有較強(qiáng)的堿性，能夠打開木質(zhì)素和半纖維素之間的醚鍵，降解木質(zhì)素，較大程度保留纖維素和半纖維素，使預(yù)處理后的玉米秸桿的酶解效率提高。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，無需采用高壓設(shè)備，對(duì)設(shè)備要求低，能耗低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0025]結(jié)果表明，玉米秸桿經(jīng)預(yù)處理酶解后的葡萄糖的得率為40?90%。
[0026]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的玉米秸桿的預(yù)處理方法進(jìn)行說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0027]實(shí)施例1
[0028]稱取剪碎的干物質(zhì)含量為5g含水量為5%的玉米秸桿平攤在托盤上，厚度為
0.5cm,放入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器底部加入25ml乙二胺，密閉反應(yīng)器，升高反應(yīng)器溫度至1500C，反應(yīng)3h，將反應(yīng)器冷卻至110°C，待反應(yīng)器中的乙二胺氣體全部冷凝，打開反應(yīng)器上蓋，再次升溫至180°C干燥固體，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0029]經(jīng)預(yù)處理的玉米秸桿經(jīng)糖化分析，葡萄糖得率為90%。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]稱取剪碎的干物質(zhì)含量為5g含水量為60%的玉米秸桿平攤在托盤上，厚度為2cm，放入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器底部加入50ml乙二胺，密閉反應(yīng)器，升高反應(yīng)器溫度至200°C，反應(yīng)5h，將反應(yīng)器冷卻至90°C，待反應(yīng)器中的乙二胺氣體全部冷凝，打開反應(yīng)器上蓋，再次升溫至120°C干燥固體，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0032]經(jīng)預(yù)處理的玉米秸桿經(jīng)糖化分析，葡萄糖得率為79%。
[0033]實(shí)施例3:
[0034]稱取剪碎的干物質(zhì)含量為5g含水量為40%的玉米秸桿平攤在托盤上，厚度為5cm，放入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器底部加入0.5ml乙二胺，密閉反應(yīng)器，升高反應(yīng)器溫度至1200C，反應(yīng)0.5h，將反應(yīng)器冷卻至50°C，待反應(yīng)器中的乙二胺氣體全部冷凝，打開反應(yīng)器上蓋，再次升溫至70°C干燥固體，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
[0035]經(jīng)預(yù)處理的玉米秸桿經(jīng)糖化分析，葡萄糖得率為40%。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種玉米秸桿的預(yù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟: 將玉米秸桿與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，在120?200°C的條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理的玉米秸桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述玉米秸桿中的干物質(zhì)與乙二胺的質(zhì)量體積比為Ig: (0.1?10)mLo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述玉米秸桿的平攤厚度為0.5?5cm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為0.5?5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，進(jìn)行加熱反應(yīng)后，還包括將玉米秸桿依次進(jìn)行冷卻和烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述冷卻的溫度為50?110°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述烘干的溫度為70?180°C。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種玉米秸稈的預(yù)處理方法，包括以下步驟：將玉米秸稈與乙二胺置于密閉的反應(yīng)器中，在120～200℃的條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到預(yù)處理的玉米秸稈。本發(fā)明能夠充分使乙二胺與物料混勻，節(jié)省乙二胺的使用量，乙二胺具有較強(qiáng)的堿性，能夠打開木質(zhì)素和半纖維素之間的醚鍵，降解木質(zhì)素，較大程度保留纖維素和半纖維素，使預(yù)處理后的玉米秸稈的酶解效率提高。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，無需采用高壓設(shè)備，對(duì)設(shè)備要求低，能耗低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C12P19-02
【公開號(hào)】CN104561183
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510021573
【發(fā)明人】元英進(jìn), 李文超, 秦磊, 朱家慶, 李炳志
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月16日