一种玉米秸秆的预处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纤维素乙醇技术领域，具体涉及一种玉米秸杆的预处理方法。
【背景技术】
[0002]液体燃料方便运输和便于利用，已成为重要的工业和日常能量来源。其中，石油是目前全球使用最多的液体燃料，但是，石油资源不可再生且CO2和其他污染气体的排放会导致环境的恶化。发展可再生的清洁能源成为我国的能源发展战略的重中之重。乙醇作为可替代的清洁液体能源受到广泛的关注和重视，传统生产乙醇的方法是以粮食为原料，采用酵母直接发酵的方法产生乙醇，但此种方法需要消耗大量的粮食，面临“与人争地，与人争粮”的问题。人们逐渐将目光投向农业废弃物，如玉米秸杆，高粱秸杆，小麦秸杆等，因农业废弃物也是碳水化合物，并且每年产量巨大，只玉米秸杆，高粱秸杆，小麦秸杆等便有7亿吨每年，这些废弃物得不到有效利用便会被农民烧掉，不仅浪费能源而且污染环境。利用农业废弃物即木质纤维素经过预处理后经过酶解得到的葡萄糖和木糖可以被酵母菌所利用产生纤维素乙醇，采用这种方法即保护了环境，有效利用了资源，又得到了清洁能源，是非常有前途的能源利用方式。
[0003]但目前，制约木质纤维素利用的瓶颈是由于高昂的预处理成本，木质纤维素的利用首先要破坏掉植物细胞壁的稳定结构，去除木质素，降低结晶度，增加底物与酶的接触面积，从而提高纤维素的酶解效率。
[0004]现有的预处理手段包括:物理方法，化学方法，物理化学-方法和生物方法。物理方法，主要包括机械粉碎法、蒸汽爆破、超临界水处理和湿氧法；化学方法，主要包括碱处理、稀酸处理、浓酸处理、氧化剂处理以及有机溶剂处理；生物方法采用真菌对木质纤维素进行处理。
[0005]在这些预处理方法中，碱法能够打开木质素和半纤维素之间的醚键，去除木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素。现有技术中常用的碱性物质有氨水、液氨、氢氧化钠、生石灰等。但是，采用氢氧化钠或生石灰虽然可以在常压下进行，但是预处理后需要大量水进行洗涤，除去碱性试剂，且碱性试剂的排放会污染环境；而以氨水或液氨进行预处理时需要采用高压设备进行，条件苛刻。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种玉米秸杆的预处理方法，本发明的预处理方法无需采用高压设备，对反应设备要求低。
[0007]本发明提供了一种玉米秸杆的预处理方法，包括以下步骤:
[0008]将玉米秸杆与乙二胺置于密闭的反应器中，在120?200°C的条件下进行加热反应，得到预处理的玉米秸杆。
[0009]优选的，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig: (0.1?10)mL。
[0010]优选的，所述玉米稻杆的平摊厚度为0.5?5cm。
[0011]优选的，所述加热反应的时间为0.5?5h。
[0012]优选的，进行加热反应后，还包括将玉米秸杆依次进行冷却和烘干。
[0013]优选的，所述冷却的温度为50?110°C。
[0014]优选的，所述烘干的温度为70?180°C。
[0015]与现有技术相比，本发明提供了一种玉米秸杆的预处理方法，包括以下步骤:将玉米秸杆与乙二胺置于密闭的反应器中，在120?200°C的条件下进行加热反应，得到预处理的玉米秸杆。本发明能够充分使乙二胺与物料混匀，节省乙二胺的使用量，乙二胺具有较强的碱性，能够打开木质素和半纤维素之间的醚键，降解木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素，使预处理后的玉米秸杆的酶解效率提高。本发明操作简单，无需采用高压设备，对设备要求低，能耗低，适合工业化生产。
[0016]结果表明，玉米秸杆经预处理酶解后的葡萄糖的得率为40?90%。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供了一种玉米秸杆的预处理方法，包括以下步骤:
[0018]将玉米秸杆与乙二胺置于密闭的反应器中，在120?200°C的条件下进行加热反应，得到预处理的玉米秸杆。
[0019]本发明优选以经过破碎的玉米秸杆为原料。其中，本发明对所述玉米秸杆的破碎程度并没有特殊限制。将上述玉米秸杆与乙二胺置于密闭的反应器中，其中，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig:(0.1?10)mL。在本发明的一个实施例中，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig:5mL，在本发明的另一个实施例中，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig:1OmL,在本发明的另一个实施例中，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig:0.lmL。
[0020]在本发明中，优选将所述玉米秸杆均匀的平摊于托盘中，以增大与乙二胺的接触面积。其中，所述玉米秸杆的平摊厚度优选为0.5?5cm，在本发明的一个实施例中，所述玉米秸杆的平摊厚度为0.5cm，在本发明的另一个实施例中，所述玉米秸杆的平摊厚度为2cm，在本发明的另一个实施例中，所述玉米稻杆的平摊厚度为5cm。
[0021]本发明对所述乙二胺的加入方式并没有特殊限制，优选将乙二胺置于密闭反应器的底部。
[0022]将玉米秸杆与乙二胺放置好后，进行加热反应。所述加热反应的温度为120?200 0C，在该温度条件下，乙二胺由液态蒸发为气态，与玉米秸杆充分接触，节省乙二胺的使用量，乙二胺具有较强的碱性，能够打开木质素和半纤维素之间的醚键，降解木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素。所述加热反应的时间为0.5?5h。加热反应的压力即为密闭反应器中的实际压力。加热反应结束后，得到预处理的玉米秸杆。在本发明的一个实施例中，所述加热反应的温度为150°C，反应时间为3h ;在本发明的另一个实施例中，所述加热反应的温度为200°C，反应时间为5h ;在本发明的另一个实施例中，所述加热反应的温度为120 °C，反应时间为0.5ho
[0023]在本发明中，加热反应结束后，还包括将玉米秸杆依次进行冷却和烘干。在本发明中，所述冷却的温度为50?110°C，在上述温度条件下，乙二胺气体冷凝。再将玉米秸杆进行烘干，所述烘干的温度为70?180°C。烘干结束后，得到预处理的玉米秸杆。
[0024]本发明能够充分使乙二胺与物料混匀，节省乙二胺的使用量，乙二胺具有较强的碱性，能够打开木质素和半纤维素之间的醚键，降解木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素，使预处理后的玉米秸杆的酶解效率提高。本发明操作简单，无需采用高压设备，对设备要求低，能耗低，适合工业化生产。
[0025]结果表明，玉米秸杆经预处理酶解后的葡萄糖的得率为40?90%。
[0026]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的玉米秸杆的预处理方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0027]实施例1
[0028]称取剪碎的干物质含量为5g含水量为5%的玉米秸杆平摊在托盘上，厚度为
0.5cm,放入反应器中，在反应器底部加入25ml乙二胺，密闭反应器，升高反应器温度至1500C，反应3h，将反应器冷却至110°C，待反应器中的乙二胺气体全部冷凝，打开反应器上盖，再次升温至180°C干燥固体，得到预处理的玉米秸杆。
[0029]经预处理的玉米秸杆经糖化分析，葡萄糖得率为90%。
[0030]实施例2:
[0031]称取剪碎的干物质含量为5g含水量为60%的玉米秸杆平摊在托盘上，厚度为2cm，放入反应器中，在反应器底部加入50ml乙二胺，密闭反应器，升高反应器温度至200°C，反应5h，将反应器冷却至90°C，待反应器中的乙二胺气体全部冷凝，打开反应器上盖，再次升温至120°C干燥固体，得到预处理的玉米秸杆。
[0032]经预处理的玉米秸杆经糖化分析，葡萄糖得率为79%。
[0033]实施例3:
[0034]称取剪碎的干物质含量为5g含水量为40%的玉米秸杆平摊在托盘上，厚度为5cm，放入反应器中，在反应器底部加入0.5ml乙二胺，密闭反应器，升高反应器温度至1200C，反应0.5h，将反应器冷却至50°C，待反应器中的乙二胺气体全部冷凝，打开反应器上盖，再次升温至70°C干燥固体，得到预处理的玉米秸杆。
[0035]经预处理的玉米秸杆经糖化分析，葡萄糖得率为40%。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种玉米秸杆的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 将玉米秸杆与乙二胺置于密闭的反应器中，在120?200°C的条件下进行加热反应，得到预处理的玉米秸杆。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述玉米秸杆中的干物质与乙二胺的质量体积比为Ig: (0.1?10)mLo
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述玉米秸杆的平摊厚度为0.5?5cm0
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述加热反应的时间为0.5?5h。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，进行加热反应后，还包括将玉米秸杆依次进行冷却和烘干。
6.根据权利要求5所述的预处理方法，其特征在于，所述冷却的温度为50?110°C。
7.根据权利要求5所述的预处理方法，其特征在于，所述烘干的温度为70?180°C。
【专利摘要】本发明提供了一种玉米秸秆的预处理方法，包括以下步骤：将玉米秸秆与乙二胺置于密闭的反应器中，在120～200℃的条件下进行加热反应，得到预处理的玉米秸秆。本发明能够充分使乙二胺与物料混匀，节省乙二胺的使用量，乙二胺具有较强的碱性，能够打开木质素和半纤维素之间的醚键，降解木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素，使预处理后的玉米秸秆的酶解效率提高。本发明操作简单，无需采用高压设备，对设备要求低，能耗低，适合工业化生产。
【IPC分类】C12P19-02
【公开号】CN104561183
【申请号】CN201510021573
【发明人】元英进, 李文超, 秦磊, 朱家庆, 李炳志
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月16日