一种利用棉秸秆制备丁醇的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用棉秸秆制备丁醇的方法，属于生物质能源技术领域，所述丁醇是经过棉秸秆干燥、粉碎、预处理、水解、发酵等步骤制得的。本发明原材料来源广，制备丁醇成本低；本发明制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；本发明的方法所制备的生物燃料丁醇与石油炼制方法制备的燃料相比具有显著的环保效应，它可有效降低温室气体的排放。同时，也为能源紧缺问题提供了一种新的解决方案。
【专利说明】-种利用棉稻轩制备T醇的方法
[0001] 【技术领域】 本发明属于生物质能源技术领域，具体设及一种利用棉賴杆制备下醇的方法。
[0002] 【【背景技术】】 中国近二十年来由于煤、电、天然气的普及、各种工业制品的丰富，农村对棉賴杆的需 求减少，大量棉賴杆的处理成为了一个严重的社会问题，很多地方农民仍然直接在地里燃 烧棉賴杆，引发空气污染、火灾、飞机无法正常起降等后果。
[0003] 随着人口的增长，粮食、能源与环境是人类面临的最主要挑战。W纤维素原料生产 可再生清洁能源日益受到广泛关注，而W农作物废弃物为原料生产燃料下醇被认为是最有 发展前景的产业。棉花在我国种植面积很广，每年产生大量的棉賴杆。棉賴杆中蛋白质含量 低但碳水化合物含量高，个别品种碳水化合物含量高达干物质的78%，因而是生产生物质能 的优质原料。国内外对棉賴杆转化燃料下醇的研究已起步，目前下醇产率还比较低，瓶颈在 于棉賴杆降解成可发酵糖的技术还不理想。因此，发明棉賴杆的高效降解工艺对棉賴杆的 综合开发及木质纤维素的能源化利用均具有极高的经济价值和社会效益。
[0004] 利用木质纤维材料制取生物下醇对缓解能源危机与环境恶化有重要的意义(生物 质化学工程，2012,46(3) ,39-44)。但在酶水解过程中，由于部分纤维素酶和半纤维素酶不 可逆的W无效吸附的方式吸附在底物特别是木质素表面会导致酶活性的损失，此外纤维素 本身的结晶结构和半纤维素结构的复杂性也是导致水解效率低的重要因素。
[0005] 在实际应用中，生物燃料下醇由于其能够汽油W任意比混合，又无需对车辆进行 改造，且其经济性高，可有效提高车辆的燃油效率和行驶里程。故生物燃料下醇比生物乙醇 更具优越的品质W及更高的热值转化率。因而，生物燃料下醇将会更加赢得人们的青睐。传 统的生物下醇的制备方法是W玉米、麦类、大豆等谷物粮食为原料通过发酵制备而成的。但 W粮食为原料生产生物燃料不仅不能满足社会需求，而且会危及粮食安全。有研究人员指 出，即使美国种植的所有玉米和大豆都用于生产生物能源，也只能分别满足美国社会汽油 需求的12%和柴油需求的6%。而玉米和大豆首先要满足粮食、饲料和其他经济需求，不可 能都用来生产生物燃料。国际货币基金组织也警告说，全球用于生物燃料的谷物生产不断 增加有可能对世界贫困产生严重影响。为此，研究人员都在积极探索W非粮食类植物生产 生物燃料下醇的方法。
[0006] 【
【发明内容】
】 本发明要解决的技术问题是提供一种利用棉賴杆制备下醇的方法，W解决棉賴杆降解 成可发酵糖不完全导致下醇得率低等问题。本发明原材料来源广，制备下醇成本低;本发明 制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用;本发明的方法所制备的生物燃料下醇与 石油炼制方法制备的燃料相比具有显著的环保效应，它可有效降低溫室气体的排放。同时， 也为能源紧缺问题提供了 一种新的解决方案。
[0007] 为了解决W上技术问题，本发明采用W下技术方案： 一种利用棉賴杆制备下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用食盐水漂洗棉賴杆2-化，漂洗后将棉賴杆放在溫度为92-102°C下烘干至含水 量《10%，制得干棉賴杆； S2:将步骤Sl制得的干棉賴杆粉碎，过筛子，制得棉賴杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉賴杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至62-65 °C，在揽拌转速为200-30化/min下预处理0.8-化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的棉 賴杆颗粒，预处理能将棉賴杆的纤维素、木质素等天然高分子相互解离，有利于下一步的水 解;所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%-10%，所述乙 醇的质量浓度为60%-80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%-8%，所述下酬溶液、乙醇溶液、 憐酸醋锭盐溶液的体积比为10-20:12-25:1-2,所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为1:10- 13g/mL憐酸醋锭盐与下酬、乙醇混用可使木质素的分离有增效作用； S4:将步骤S3制得的预处理的棉賴杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节9出％1.3-1.5，加热至71-74°(：，在揽拌转速为300-40化/111111下处理1.5-1.化，接着冷却 至室溫后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量 浓度为5%-7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6- 10:5-8，所述预处理的棉賴杆颗粒与溶液B的料液比为1:4-8g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酬下醇梭菌，添加马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧，控制溫度为25-42°C下发酵30-100h，经分离、精 馈制得下醇;所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的6%-10%，所述马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、 脂肪、赖氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的〇.〇2%-〇. 04%、 0.01〇/〇-〇 . 03〇/〇、0.01〇/〇-〇 . 03〇/〇、0.03〇/〇-〇 . 05〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 06〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 06〇/〇、0.18〇/〇-〇 . 21〇/〇、 0.08%-0.12%、0.12%-0.16〇/〇。
[000引进一步地，步骤S1中所述食盐水的浓度为10%-15%。
[0009] 进一步地，步骤S2中所述筛子的目数为120-200。
[0010] 进一步地，步骤S3中所述棉賴杆颗粒在微波反应器中预处理的溫度为65°C，转速 为3(K)r/min，时间为0.化。
[0011] 进一步地，步骤S3中所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为1:12g/mL。
[0012] 进一步地，步骤S4中所述预处理的棉賴杆颗粒在超声波反应器处理的抑为1.5,溫 度为74°C，转速为4(K)r/min，时间为1.化。
[OOU]进一步地，步骤S4中所述预处理的棉賴杆颗粒与溶液B的料液比化：6g/mL。
[0014] 进一步地，步骤S5中所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的8%，所述马铃馨淀粉、酵 母膏、蛋白、脂肪、赖氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的 0.03〇/〇、0.02〇/〇、0.02〇/〇、0.04〇/〇、0.05〇/〇、0.05〇/〇、0.2〇/〇、0.1〇/〇、0.14〇/〇。
[0015] 本发明具有W下有益效果： (1) 本发明原材料来源广，制备下醇成本低； (2) 本发明制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用； (3) 可避免微生物酶发酵制糖工艺的不确定性，降低了技术风险； (4) 糖转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺； 巧)水解溫度较低，能源消耗少，有利于相关技术的推广和应用； (6)本发的方法制得的糖得率为92.12%-93.12%，下醇得率为66.71%-67.82%，下醇纯度 为99.52%-99.61%，可见采用本发明的方法可高产下醇； (7)本发明的方法所制备的生物燃料下醇与石油炼制方法制备的燃料相比具有显著的 环保效应，它可有效降低溫室气体的排放。同时，也为能源紧缺问题提供了一种新的解决方 案。
[0016] 【【具体实施方式】】 为便于更好地理解本发明，通过W下实施例加 W说明，运些实施例属于本发明的保护 范围，但不限制本发明的保护范围。
[0017] 在实施例中，所述利用棉賴杆制备下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为10%-15%的食盐水漂洗棉賴杆2-化，漂洗后将棉賴杆放在溫度为92-102 °C下烘干至含水量《10%，制得干棉賴杆； S2:将步骤Sl制得的干棉賴杆粉碎，过120-200目筛子，制得棉賴杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉賴杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至62-65 °C，在揽拌转速为200-30化/min下预处理0.8-化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的棉 賴杆颗粒;所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%-10%， 所述乙醇的质量浓度为60%-80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%-8%，所述下酬溶液、乙醇 溶液、憐酸醋锭盐溶液的体积比为10-20:12-25:1-2,所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为 S4:将步骤S3制得的预处理的棉賴杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节9出％1.3-1.5，加热至71-74°(：，在揽拌转速为300-40化/111111下处理1.5-1.化，接着冷却 至室溫后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量 浓度为5%-7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6- 10:5-8，所述预处理的棉賴杆颗粒与溶液B的料液比为1:4-8g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酬下醇梭菌，添加马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧，控制溫度为25-42°C下发酵30-100h，经分离、精 馈制得下醇;所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的6%-10%，所述马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、 脂肪、赖氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的〇.〇2%-〇. 04%、 0.01〇/〇-〇 . 03〇/〇、0.01〇/〇-〇 . 03〇/〇、0.03〇/〇-〇 . 05〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 06〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 06〇/〇、0.18〇/〇-〇 . 21〇/〇、 0.08%-0.12%、0.12%-0.16〇/〇。
[0018] 下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
[0019]实施例1 一种利用棉賴杆制备下醇的方法，包括W下步骤： Sl:采用浓度为12%的食盐水漂洗棉賴杆2.化，漂洗后将棉賴杆放在溫度为92-102°C下 烘干至含水量《10%，制得干棉賴杆； S2:将步骤Sl制得的干棉賴杆粉碎，过150目筛子，制得棉賴杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉賴杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至63°C， 在揽拌转速为30化/min下预处理0.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的棉賴杆颗粒； 所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为9%，所述乙醇的质量 浓度为70%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为7%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的 体积比为15:18:1，所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为1:12g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的棉賴杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.4，加热至72°C，在揽拌转速为40化/min下处理1.化，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为6%，所述硫 酸的质量浓度为5%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为8:6,所述预处理的棉賴杆 颗粒与溶液B的料液比为1: 6g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酬下醇梭菌，添加马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧，控制溫度为35°C下发酵60h，经分离、精馈制得 下醇;所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的8%，所述马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖氨 酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的0.03%、0.02%、0.02%、 0.04〇/〇、0.05〇/〇、0.05〇/〇、0.2〇/〇、0.1〇/〇、0.14〇/〇。
[0020] 实施例2 一种利用棉賴杆制备下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为10%的食盐水漂洗棉賴杆化，漂洗后将棉賴杆放在溫度为92-102°C下烘 干至含水量《10%，制得干棉賴杆； S2:将步骤Sl制得的干棉賴杆粉碎，过120目筛子，制得棉賴杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉賴杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至62°C， 在揽拌转速为2(K)r/min下预处理化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的棉賴杆颗粒;所 述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%，所述乙醇的质量浓 度为60%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的体 积比为10:12:1，所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为1: lOg/mL S4:将步骤S3制得的预处理的棉賴杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.3，加热至7rC，在揽拌转速为30化/min下处理1.8h，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为5%，所述硫 酸的质量浓度为4%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6:5,所述预处理的棉賴杆 颗粒与溶液B的料液比为1: 4g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酬下醇梭菌，添加马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧，控制溫度为25°C下发酵10化，经分离、精馈制得 下醇;所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的6%-10%，所述马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、 赖氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的0.02%、0.01%、0.01%、 0.03〇/〇、0.04〇/〇、0.04〇/〇、0.18〇/〇、0.08〇/〇、0.12〇/〇。
[0021] 实施例3 一种利用棉賴杆制备下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为15%的食盐水漂洗棉賴杆化，漂洗后将棉賴杆放在溫度为92-102°C下烘 干至含水量《10%，制得干棉賴杆； S2:将步骤Sl制得的干棉賴杆粉碎，过200目筛子，制得棉賴杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉賴杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至65°C， 在揽拌转速为30化/min下预处理0.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的棉賴杆颗粒； 所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为10%，所述乙醇的质 量浓度为80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为8%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液 的体积比为20:25:2，所述棉賴杆颗粒与溶液A的料液比为1:13g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的棉賴杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.5，加热至74°C，在揽拌转速为40化/min下处理1.化，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为7%，所述硫 酸的质量浓度为6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为10:8,所述预处理的棉賴杆 颗粒与溶液B的料液比为1: 8g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酬下醇梭菌，添加马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧，控制溫度为42°C下发酵30h，经分离、精馈制得 下醇;所述丙酬下醇梭菌质量为糖液质量的6%-10%，所述马铃馨淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、 赖氨酸、维生素、憐酸二氨钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的0.04%、0.03%、0.03%、 0.05〇/〇、0.06〇/〇、0.06〇/〇、0.21〇/〇、0.12〇/〇、0.16〇/〇。
[0022] 取出适量实施例1-3的糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖 令县咎曲ft,旦歲.同口松》1咖瑜/teih 故古也h生Il化下而直,旦歲壬n础曲主巧*口了主.
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[0023] W上内容不能认定本发明的具体实施只局限于运些说明，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，还可W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。
【主权项】
1. 一种利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，包括以下步骤： SI:采用食盐水漂洗棉秸杆2-3h，漂洗后将棉秸杆放在温度为92-102Γ下烘干至含水 量< 10%，制得干棉猜杆； S2:将步骤Sl制得的干棉秸杆粉碎，过筛子，制得棉秸杆颗粒； S3:将步骤S2制得的棉秸杆颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至62-65 °C，在搅拌转速为200-300r/min下预处理0.8-lh，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的棉 秸杆颗粒;所述溶液A为丁酮、乙醇、磷酸酯铵盐的混合液，所述丁酮的质量浓度为8%-10%， 所述乙醇的质量浓度为60%_80%，所述磷酸酯铵盐的质量浓度为6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇 溶液、磷酸酯铵盐溶液的体积比为10-20:12-25:1-2，所述棉秸杆颗粒与溶液A的料液比为 l:10-13g/mL； S4:将步骤S3制得的预处理的棉秸杆颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节口!1为1.3-1.5，加热至71-74°(：，在搅拌转速为300-40(^/1^11下处理1.5-1.811，接着冷却 至室温后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基磺酸钠、硫酸的混合液，所述碳基磺酸钠的质量 浓度为5%_7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基磺酸钠溶液、硫酸溶液的体积比为6-10:5-8，所述预处理的棉秸杆颗粒与溶液B的料液比为1:4-8g/mL; S5:将步骤S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加马铃薯淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖 氨酸、维生素、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙，控制温度为25-42Γ下发酵30-100h，经分离、精 馏制得丁醇;所述丙酮丁醇梭菌质量为糖液质量的6%_10%，所述马铃薯淀粉、酵母膏、蛋白、 脂肪、赖氨酸、维生素、磷酸二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为糖液质量的〇.〇2%-〇. 04%、 0.01%-0.03%、0.01%-0.03%、0.03%-0.05%、0.04%-0.06%、0.04%-0.06%、0.18%-0.21%、 0.08%-0.12%、0.12%-0.16%。2. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤Sl中所述食盐 水的浓度为1〇%_15%。3. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S2中所述筛子 的目数为120-200。4. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S3中所述棉秸 杆颗粒在微波反应器中预处理的温度为65°C，转速为300r/min，时间为0.8h。5. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S3中所述棉秸 杆颗粒与溶液A的料液比为1:12g/mL。6. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S4中所述预处 理的棉秸杆颗粒在超声波反应器处理的pH为1.5,温度为74°C，转速为400r/min，时间为 1.5h〇7. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S4中所述预处 理的棉秸杆颗粒与溶液B的料液比为1: 6g/mL。8. 根据权利要求1所述的利用棉秸杆制备丁醇的方法，其特征在于，步骤S5中所述丙酮 丁醇梭菌质量为糖液质量的8%，所述马铃薯淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、赖氨酸、维生素、磷酸 二氢钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为糖液质量的〇. 03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.05%、0.05%、 0·2%、0·1%、0·14%〇
【文档编号】C12P7/16GK105925623SQ201610544814
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】覃央央
【申请人】广西南宁荣威德新能源科技有限公司