一种木竹的高效组合预处理方法与流程

本发明属于生物化工，具体涉及一种木竹的高效组合预处理方法。

背景技术：

1、近年来，能源和环境问题日益成为人们关注的焦点。生物质能为解决能源、资源与环境问题提供了一个可持续发展的途径。木竹是一种重要的建筑材料，是理想的可再生天然植物资源。木竹中含有大量的木质素，木质素作为细胞壁的三大成分之一，能提高细胞壁的物理性能和防水性能，起到增强木竹强度和刚性的作用，但同时它也会影响木竹的性能表现，如使木竹变硬、对植物纤维素降解的抑制等，这些都对木竹的加工利用有着重要影响。因此，为实现木竹中资源的高效利用，需要对木竹进行预处理，分离出细胞壁中的木质素并做超细化处理，提高其利用率。

2、目前，已提出多种方法去除木竹中的木质素，但都未达到理想要求，如使用强酸强碱等试剂在分离过程中容易发生化学改性，加之药剂消耗量大，对环境不友好；一些离子液体由于有一定的毒性且高昂的成本限制了其工业应用；利用有机溶剂萃取木质素备受关注，但其得率较低。因此，需要开发一种高效的预处理方法，破除木竹纤维中的木质素结构，并对原料进行超细化粉碎，为木竹的工业化利用提供技术支持。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种木竹的高效组合预处理方法，用以解决现有方法在去除木竹中的木质素采取的预处理方法容易对木竹本身造成化学改性、环境不友好以及处理效率低等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，包括以下步骤：

4、将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，得到预处理后的木竹；

5、其中，汽爆处理的方法为：将木竹进行粉碎处理后加入汽爆处理装置中进行汽爆处理，得到汽爆后的湿物料。

6、进一步地，所述粉碎处理是采用粉碎机对木竹进行粗粉碎，得到粉碎物，将粉碎物过筛后进行汽爆处理；

7、所述过筛的范围为30-80目。

8、进一步地，所述汽爆处理的条件为：压力范围为0.8-2.0mpa、时间范围为1-15min；所述木竹进行粉碎处理、过筛后分批次加入汽爆处理装置中进行汽爆处理。

9、进一步地，所述汽爆后的湿物料依次进行干湿分离和干燥处理，得到干燥后的干物料；随后将干燥后的干物料进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；所述干燥处理的温度为100-105℃，时间为12-24h。

10、进一步地，所述球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：10-1：25，球磨的转速为300-1200rpm，球磨时间为5-30min；

11、所述球磨处理的设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。

12、进一步地，所述臭氧处理的方法为：

13、s1：将球磨处理后的木竹和水混合均匀，之后通入臭氧进行处理，得到臭氧处理后的木竹；

14、s2：随后在臭氧处理后的木竹中加入水，混合均匀后静置，之后依次采用过滤、抽滤、离心的方式收集木竹固体，得到水洗除酸后的木竹；

15、所述静置的时间为1.0-2.5h；所述臭氧的浓度为30-90mg/l，臭氧流动速率为0.4-2.0l/h，臭氧处理的时间为1-3h；

16、s1中，所述水的体积和球磨处理后的木竹质量的比值为（0.8-2.5）l：1kg；

17、s2中，所述水的体积和臭氧处理后的木竹质量的比值为（3-15）l：1kg。

18、进一步地，所述酶解处理是在柠檬酸钠缓冲液中进行；所述柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为（3-15）l：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中包含有复合纤维素酶和降解木质素的酶；

19、其中，复合纤维素酶包括外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶；降解木质素的酶为木质素过氧化物酶；

20、所述柠檬酸钠缓冲液中，外-β-葡聚糖酶、内-β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶的浓度分别为5-10iu/g、5-10iu/g、1-8cbu/g、100-800iu/g和50-200iu/g；

21、所述酶解处理的温度为40-55℃，时间为8-20h。

22、进一步地，所述酶解处理和漂白处理之间还包括精磨处理，所述精磨处理是将进行酶解处理之后得到的酶解后的酶解液移入球磨设备中进行精磨处理；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球质量比为1：20-1：30，精磨处理的时间为6-12h，精磨处理的转速为1500-3000rpm；

23、所述球磨设备为振动磨机、涡流磨机和锤式磨机中的一种或几种联合使用。

24、进一步地，所述漂白处理是在双氧水中进行；所述双氧水的质量浓度为3%-12%；

25、所述漂白处理之后还进行干燥处理，得到预处理后的木竹。

26、进一步地，所述预处理后的木竹的粒度为5000-10000目。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，整个过程可以在常压、室温下进行，不仅能够有效的破坏木竹中纤维素的结晶结构，而且能够有效去除木竹中含有的大量木质素成分，且不会对木竹本身造成化学改性。其中，预处理过程中的汽爆处理将渗进木竹组织内部的蒸汽分子瞬时释放完毕，将蒸汽的内能转化为机械能并作用木竹组织的细胞层间，用较少的能量将木竹进行分解，既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了生物处理效率低的问题，提供了一种有益于环境的“绿色高效”预处理方法；其次，臭氧处理过程中，利用臭氧的强氧化与自催化作用可高效破除木竹纤维细胞壁中的木质素结构，在制备过程中所用的材料均为可回收重复利用的溶剂，制备过程中不产生废气、废水，且不产生对后续酶解发酵有毒有害的化合物，提高了后续纤维素酶和降解木质素酶的可及性和处理效率，是一种环境友好的预处理方法；另外，酶解处理是利用复合纤维素酶和降解木质素的酶混合利用的方式高效地对木竹进行预处理，得到的酶解后的酶解液既可以用于后续加工，得到粒径更小的硬质炭产品，也可以直接用于生产生物能源、制作生物肥料和其他生物质产品，且不会产生有负面或抑制作用的毒性有害成分，减少了后续处理净化的操作成本，同样也是一种高效环境友好的预处理方法；再者，漂白处理是利用双氧水的强氧化性，且具有无污染、对产品无腐蚀性的优越性特点，对因长时间处理过程中木竹氧化导致变黄的现象进行漂白处理，最终获得所需粒度要求的木竹粉产品。

技术特征：

1.一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述粉碎处理是采用粉碎机对木竹进行粗粉碎，得到粉碎物，将粉碎物过筛后进行汽爆处理；

3.根据权利要求2所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述汽爆处理的条件为：压力范围为0.8-2.0mpa、时间范围为1-15min；所述木竹进行粉碎处理、过筛后分批次加入汽爆处理装置中进行汽爆处理。

4.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述汽爆后的湿物料依次进行干湿分离和干燥处理，得到干燥后的干物料；随后将干燥后的干物料进行球磨处理，得到球磨处理后的木竹；所述干燥处理的温度为100-105℃，时间为12-24h。

5.根据权利要求4所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述球磨处理的参数为：干燥后的干物料与磨球的质量比为1：10-1：25，球磨的转速为300-1200rpm，球磨时间为5-30min；

6.根据权利要求5所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述臭氧处理的方法为：

7.根据权利要求6所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述酶解处理是在柠檬酸钠缓冲液中进行；所述柠檬酸钠缓冲液的体积和水洗除酸后的木竹重量的比值为（3-15）l：1kg；所述柠檬酸钠缓冲液中包含有复合纤维素酶和降解木质素的酶；

8.根据权利要求7所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述酶解处理和漂白处理之间还包括精磨处理，所述精磨处理是将进行酶解处理之后得到的酶解后的酶解液移入球磨设备中进行精磨处理；精磨处理时，酶解后的酶解液中的木竹与磨球质量比为1：20-1：30，精磨处理的时间为6-12h，精磨处理的转速为1500-3000rpm；

9.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述漂白处理是在双氧水中进行；所述双氧水的质量浓度为3%-12%；

10.根据权利要求1所述的一种木竹的高效组合预处理方法，其特征在于，所述预处理后的木竹的粒度为5000-10000目。

技术总结
本发明公开了一种木竹的高效组合预处理方法，属于生物化工技术领域。本发明公开的预处理方法，将木竹依次进行粉碎处理、汽爆处理、球磨处理、臭氧处理、酶解处理和漂白处理，整个过程可以在常压、室温下进行，不仅能够有效破坏木竹中纤维素的结晶结构，而且能够有效去除木竹中含有的大量木质素成分，且不会对木竹本身造成化学改性。该方法既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了生物处理效率低的问题，是一种有益于环境的“绿色高效”预处理方法。

技术研发人员：张景杰,段培高,刘畅,杜雨菡,高志杰
受保护的技术使用者：山东埃尔派粉体科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21