专利名称：一种植物纤维素原料的预处理方法
技术领域：
本发明涉及生物化工领域，具体地，涉及ー种植物纤维原料预处理的方法。
背景技术：
植物纤维原料是自然界中极为丰富的可再生资源，随着石油资源的逐步枯竭，植物纤维原料将被用于生产生物能源和生物化工产品。最丰富的植物纤维原料是农作物秸杆。秸杆是季节性收获的，收获后的秸杆需要堆放贮藏。由于收获时秸杆的含水量參差不齐，在贮藏过程中将会发生霉变，导致可水解多糖的流失，使产品的成本増加。如果储存前严格干燥到微生物无法生长的含水量，同样会增加成本。目前在秸杆储存过程中，为防止霉变，一般加入杀菌剂如漂白粉，但加入杀菌剂一方面増加成本，另ー方面则会增加秸杆中的杂质，影响后续エ艺的质量。 用酶、浓酸水解植物纤维原料时，需要对其进行预处理，包括物理预处理和化学预处理，使原来粗大、致密的植物纤维原料成为ー种细小、结构疏松的材料，从而易于被酶、浓酸快速水解。农作物秸杆的物理预处理包括切断、搓揉、粉碎等处理方式。切断作为预处理的第一歩，往往不可缺少。在未经化学预处理吋，由于秸杆本身致密、柔韧的特点，对秸杆进行搓揉、粉碎是ー个非常耗能的过程，但目前一般都是在切断后接着进行搓揉、粉碎，然后再进行化学预处理，导致因能耗增加而使产品的成本増加。农作物秸杆的化学预处理方法主要有稀碱法、稀酸法、有机溶剂法、蒸汽爆破法等。用稀碱法处理，会引起纤维素和半纤维素的剥皮反应，而且生成的单糖在碱性条件下会分解，降低戊糖得率；用稀酸法、有机溶剂法和蒸汽爆破法处理，则需要耐酸和/或耐压容器，且蒸汽爆破法的戊糖得率较低，而稀酸法则存在酸难回收的间题，耐压以及耐酸耐压容器均会使投资增加。经过这些化学预处理方法处理后，湿的纤维素材料在浓酸水解前还需要进行干燥。这些因素都会增加产品的成本。
发明内容
为了克服目前植物纤维原料预处理方法的不足，本发明提供了ー种植物纤维原料预处理方法，使植物纤维原料经过预处理后，在储存过程中不会霉变，在储存后易于粉碎成细小、结构疏松的浓酸水解材料。本申请人研究发现，植物纤维原料在室温或高于室温的温度下经过稀无机酸处理后不除酸而是进行带酸储存，由于无机酸的存在，微生物无法生长，所以即使长期储存也不会霉变，避免了植物纤维原料储存前需要严格干燥到微生物无法生长的含水量所需要的繁重的干燥过程；同时，带酸储存一定时间后，植物纤维原料发生脆化甚至粉化，极易粉碎成细小、结构疏松的材料，这是ー种非常适合酶、浓酸水解的原料。究其原因，是稀无机酸处理后进行带酸储存的过程中，无机酸能够使植物纤维原料中的半纤维素和纤维素大分子链发生局部水解而断裂，特别是随着储存过程中水分因不断蒸发而減少，无机酸的浓度会逐步提高，从而能加速这种断裂过程；当这种断裂积累到一定程度后，植物纤维原料就发生脆化甚至粉化，从而极易粉碎成细小、结构疏松的材料；当利用太阳能温室作为储存库时，温度的提高同样能加速这种断裂过程，从而可以缩短这种预处理的时间。由于采用的是稀无机酸，即使储存过程中部分水分蒸发，酸也没达到使植物纤维原料中的多糖完全水解的浓度，更不会达到使糖发生分解或炭化的浓度，所以不会造成多糖含量的损失。为此，本申请所述植物纤维原料预处理方法的技术方案如下ー种植物纤维原料预处理方法，包括以下步骤步骤(I)、用稀无机酸溶液处理植物纤维原料，即将稀无机酸溶液与植物纤维原料接触，使植物纤维原料携帯上无机酸；步骤(2)、将步骤(I)得到的带酸的植物纤维原料进行避水储存，自然风干；
步骤(3)、检测步骤(2)中储存的植物纤维原料已脆化后进行粉碎，所得粉碎料即为预处理好的植物纤维原料。步骤(I)中用稀无机酸溶液处理植物纤维原料的方法为将稀无机酸溶液均匀喷洒到植物纤维原料上，或者把植物纤维原料浸泡在稀无机酸溶液中，然后捞起浙干。所述无机酸选自硫酸、盐酸或其混合酸。所述稀无机酸的浓度为硫酸0. 3wt% -IOwt % ；或盐酸0. lwt*% -5wt*%。用稀无机酸溶液处理植物纤维原料前，先将植物纤维原料进行切断处理，以加快酸液向植物纤维原料内部的渗透速度。所述植物纤维原料为禾本科类秸杆，所述禾本科类秸杆先用辊压装置辊压以破坏其节和芯，再用稀无机酸溶液处理，加快酸液向植物纤维原料内部的滲透速度。步骤(I)中用稀无机酸溶液处理植物纤维原料时加热处理，以加快植物纤维原料脆化速度，例如可以用锅炉尾气或其他低品位热源进行加热。步骤(2)中避水储存在太阳能温室中进行，以提高储存温度而加快脆化速度。步骤(2)避水储存过程中，定期检查植物纤维原料的脆化程度。本发明所述的ー种植物纤维原料预处理方法，避免了植物纤维原料在储存前需要严格干燥到微生物无法生长的含水量所需要的繁重的干燥过程，防止了植物纤维原料在储存过程发生霉变，而且利用了稀无机酸能够使多糖链断裂的特性促使植物纤维原料在储存过程中同时发生脆化，而无需能源投入。植物纤维原料脆化后非常易于被粉碎成细小、结构疏松的粉碎料，大大降低了粉碎过程的能耗，也避免了一般化学预处理过程中的各种设备投资，使预处理设备的投资大大降低。植物纤维原料预处理过程中加入的稀无机酸，在进行浓酸水解的过程中与新加入的浓酸共同发挥水解作用，并在后续エ艺中一起被回收，不会被浪费。因此，本发明所述的ー种植物纤维原料预处理方法，把原料储存和预处理结合在一起，在储存过程中完成了原料的预处理，不仅回避了储存前的严格干燥过程，解决了储存过程中的霉变问题，而且能简化预处理工艺流程，减少预处理设备投资，降低预处理能耗，最终降低了使用植物纤维原料生产生物能源和生物化工产品的成本。
具体实施方式
实施例I :收集在田里晒了一天的稻草秸杆，稻草通过压辊进行碾压以破坏其节和芯，然后按I厘米厚度平铺在有收集渗漏液的网架上，用喷雾器从上下两面把10wt%的稀硫酸均匀喷洒到稻草上，打包成捆，堆放于太阳能温室中，自然风干，每周检查一次脆化程度；至第8周时，达到用手可以搓碎粉化的程度，用粉碎机把稻草粉碎，得到粉碎料。所得粉碎料直接作为浓酸水解的原料。实施例2将收获玉米后的玉米秸杆砍倒晾晒一天，通过压辊进行碾压以破坏其节和芯，并切断成50厘米长，捆扎后置于池中，通入0. 3wt%硫酸溶液浸泡20min，捞出浙干，然后放到加温室中，将锅炉尾气用空气混合降温到120°C后通入加温室中，升温到90°C -100°C，維持I小时；加温后堆放于防雨的堆场中储存，自然风干，每周检查一次脆化程度；至第3周吋， 达到用手可以搓碎粉化的程度，用粉碎机把玉米秸杆粉碎，得到粉碎料。所得粉碎料直接作为浓酸水解的原料。实施例3收集在田里晒了一天的小麦秸杆，通过压辊进行碾压以破坏其节和芯，然后按I厘米厚度平铺在有收集渗漏液的网架上，用喷雾器从上下两面把0. lwt%的稀盐酸均匀喷洒到小麦秸杆上，打包成捆，堆放于太阳能温室中，自然风干，每周检查一次脆化程度；至第10周时，达到用手可以搓碎粉化的程度，用粉碎机把小麦秸杆粉碎，得到粉碎料。所得粉碎料直接作为浓酸水解的原料。实施例4将收割的芦苇晾晒一天，通过压辊进行碾压以破坏其节和芯，并切断成50厘米长，捆扎后置于池中，通入5wt %盐酸溶液浸泡20min，捞出浙干，然后放到加温室中，将锅炉尾气用空气混合降温到120°C后通入加温室中，升温到90°C -100°C，維持I小时；加温后堆放于防雨的堆场中储存，自然风干，每周检查一次脆化程度；至第4周时，达到用手可以搓碎粉化的程度，用粉碎机把芦苇粉碎，得到粉碎料。所得粉碎料直接作为浓酸水解的原料。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进ー步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.ー种植物纤维原料预处理方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤(I)、用稀无机酸溶液处理植物纤维原料，即将稀无机酸溶液与植物纤维原料接触，使植物纤维原料携帯上无机酸； 步骤(2)、将步骤(I)得到的带酸的植物纤维原料进行避水储存，自然风干； 步骤(3)、检测步骤(2)中储存的植物纤维原料已脆化后进行粉碎，所得粉碎料即为预处理好的植物纤维原料。
2.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，步骤(I)中用稀无机酸溶液处理植物纤维原料的方法为将稀无机酸溶液均匀喷洒到植物纤维原料上，或者把植物纤维原料浸泡在稀无机酸溶液中，然后捞起浙干。
3.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，所述无机酸选自硫酸、盐酸或其混合酸。
4.如权利要求3所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，所述稀无机酸的浓度 为硫酸 0. 3wt% -IOwt % ； 或盐酸 0. Iwt % -5wt %。
5.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，用稀无机酸溶液处理植物纤维原料前，先将植物纤维原料进行切断处理。
6.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，所述植物纤维原料为禾本科类秸杆，所述禾本科类秸杆先用辊压装置辊压以破坏其节和芯，再用稀无机酸溶液处理。
7.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，步骤(I)中用稀无机酸溶液处理植物纤维原料时加热处理，以加快植物纤维原料脆化速度。
8.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，步骤(2)中避水储存在太阳能温室中进行，以提高储存温度而加快脆化速度。
9.如权利要求I所述的植物纤维原料预处理方法，其特征在于，步骤(2)避水储存过程中，定期检查植物纤维原料的脆化程度。
全文摘要
本发明涉及生物化工领域，具体地，涉及一种植物纤维原料预处理的方法。本发明所述植物纤维原料预处理方法，用稀无机酸溶液处理植物纤维原料，即将稀无机酸溶液与植物纤维原料接触，使植物纤维原料携带上无机酸；而后将带酸的植物纤维原料进行避水储存，自然风干；检测储存的植物纤维原料已脆化后进行粉碎，所得粉碎料即为预处理好的植物纤维原料。该方法使植物纤维原料经过预处理后，在储存过程中不会霉变，在储存后易于粉碎成细小、结构疏松的浓酸水解材料。
文档编号D21B1/38GK102839556SQ20111017045
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者陈培豪 申请人:陈培豪