本發明專利技術涉及一種利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，該方法把水解反應和膜分離耦合在一起，實現水解產物的及時分離，避免水解產物繼續降解，從而提高還原糖的收率，同時有效減少了發酵抑制物的生成，有利于后續發酵。該方法將普通過濾、微濾、超濾有機結合使用，有效減輕了水解液對超濾膜的污染，各濾膜截留物重新返回反應釜繼續水解，提高了底物轉化率和水解產物純度，進而提高了還原糖收率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物質資源轉化利用
，特別是涉及ー種。
技術介紹
由于石油能源的短缺和價格飛漲，以及環境污染的日益突出，生物質作為ー種可再生的資源正日益受到重視。木質纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質素三種成分組成。其中木質纖維素是由D-葡萄糖通過β -I, 4糖苷鍵連接而成的纖維素大分子，不同的纖維素大分子又通過氫鍵形成大的聚合體，其水解產物是葡萄糖。半纖維素是由不同的多聚糖構成的混合物，其水解產物主要是木糖、阿拉伯糖及少量的六碳糖。木質素是一類由苯丙烷單元通過醚鍵和 碳-碳鍵連接的具有三維網狀結構的高聚物，其在纖維素和半纖維素的周圍形成保護層，影響纖維素和半纖維素的水解。在木質纖維素資源開發利用過程中，水解是關鍵步驟之一，目前世界上主要使用的水解方法是化學水解法和生物水解法。其中生物水解法主要指酶水解。美國專利4，321，328 (Hoge)公開了ー種從纖維素材料到こ醇的エ藝對纖維素材料糖化形成可發酵糖，隨后發酵產生含こ醇的啤酒。該エ藝提出回收纖維素酶并在進ー步的水解反應中重新使用它們。中國專利CN 101，899，488 A(萬印華等人)公開了ー種木質纖維素酶解液中糖分的精制方法。萬印華等人還提出了ー種木質纖維素與膜分離耦合生產高濃度こ醇的方法，由中國專利CN 102, 174，593 A(萬印華等人)公開。然而，這些相關研究均是對較為溫和的酶水解進行的，沒有對條件更為苛刻的化學水解法進行反應和分離耦合的研究。酶水解具有反應條件溫和、環境友好、產物專一、糖得率高等優點，但酶制劑生產費用昂貴、水解周期長、原料需要預處理等不足使得生物質酶水解要達到技術和經濟上的可行性還有很長的路要走。化學水解法主要是指酸水解。相比纖維素酶水解而言，酸水解具有成本低、反應條件易控制等優點。美國專利No. 4，421，856 (Muller等人)公開了ー種生產こ醇的方法利用酸水解來水解來自淀粉或纖維素碳水化合物聚合物的含水漿，然后進行發酵和蒸餾，將蒸懼的爸懼物作為原料再循環水解。Sakakit等人(Energy Fuels. 1996. 10:684-688)公開了ー種超/近臨界水水解纖維素制可發酵糖的生物轉化技木。該方法水解效果非常好，但是在高溫條件下可發酵糖的分解速率也很大，水解產物繼續降解，嚴重影響可發酵糖的收率。針對水解產物繼續降解，本課題組李雁博等人(生物質化學工程，2010，44 (I): 14-18.)提出了葡萄糖在水-こ醇ニ元混合溶劑中具有較好的穩定性。加入こ醇來保護水解產物，雖然有一定的積極作用，但是未能從根本上解決這ー難題。膜分離是ー門新型的分離技術，近年來發展迅速，在エ業應用和科學研究中得到廣泛關注。以壓カ差為推動力的膜分離過程主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透；膜材料可分為有機膜和無機膜，以有機高分子膜居多，已得到廣泛應用，但是對于高溫、高壓、腐蝕性強等苛刻的條件，有機膜由于其材料的局限性不能滿足要求，而無機膜與有機膜相比，具有耐高溫，耐化學腐蝕，耐細菌和強度高等優點，可以彌補有機膜的不足，滿足更加苛刻的條件，使膜分離技術得到更廣泛的應用。
技術實現思路
本發 明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供ー種，其將水解反應和膜分離耦合在一起，實現水解產物的及時分離，避免水解產物繼續降解，從而提高還原糖的收率，該方法將普通過濾、微濾和超濾有機結合使用，有效減輕了水解液對超濾膜的污染，提高了底物轉化率和還原糖收率。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案是，，其特征在于包括有以下步驟 1)木質纖維素的酸水解通過酸性溶液水解木質纖維素，得到水解液； 2)普通過濾將步驟I)所得水解液通過過濾，得到含木質纖維素小粒子、高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素大粒子留在反應釜中繼續水解； 3)微濾過濾將步驟2)得到的透過液通過微濾過濾，得到含高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素小粒子返回反應釜繼續水解； 4)超濾過濾將步驟3)得到的透過液通過超濾過濾，得到含還原糖的透過液，截留的高聚糖返回反應爸繼續水解。按上述方案，步驟I)所述的木質纖維素可以為小麥秸桿、水稻秸桿、玉米秸桿、草類或硬木木屑。按上述方案，步驟I)所述的酸性溶液可以為硫酸、鹽酸、硝酸、甲酸或馬來酸。按上述方案，步驟I)所述的酸水解溫度為(Γ300で，壓カ為(TlO MPa，酸性溶液中酸的質量分數為O. 019Γ0. 1%。按上述方案，步驟2)所述的普通過濾采用20(Γ1000目不銹鋼濾網過濾，不銹鋼濾網設在水解液的出口。按上述方案，步驟3)所述的微濾采用的濾膜平均孔徑為O. Γ1 ym，所述的濾膜采用有機膜或無機陶瓷，所述的濾膜的組件形式為卷式有機膜組件、管式有機膜組件、板框式有機膜組件或管式無機膜組件。按上述方案，所述的有機膜為聚砜、聚芳醚砜、聚四氟こ烯或聚偏氟こ烯。按上述方案，步驟4)所述的超濾采用的超濾膜的截留分子量為100(Γ10000道爾頓，所述的超濾膜采用有機膜或無機陶瓷，所述的超濾膜的組件形式為卷式有機膜組件、管式有機膜組件、板框式有機膜組件或管式無機膜組件。按上述方案，所述的有機膜為聚砜、聚芳醚砜、聚四氟こ烯或聚偏氟こ烯。本專利技術提供的木質纖維素酸水解與膜分離耦合提高還原糖收率的方法與現有技術相比具有以下優點 O同時實現木質纖維素的水解和水解產物的分離； 2)使水解產物及時冷卻，避免了水解產物的繼續降解； 3)所得的水解產物純度高，有利于后續轉化；4)將普通過濾、微濾和超濾有機結合使用，有效減輕了水解液對過濾膜的污染。附圖說明圖I是本專利技術的木質纖維素酸水解與膜分離反應器外耦合提高還原糖收率的其中ー種方式的流程示意 圖2是圖I的改進流程示意 圖3是木質纖維素酸水解與膜分離反應器內耦合提高還原糖收率的另ー種方式的流程不意 圖4是圖3中普通過濾、微濾、超濾復合管式膜組件的剖面結構 圖中，I.反應釜2.普通濾網3.水解液出口閥4.冷卻罐5.微濾進料泵6.微濾膜組件7.儲液罐8.儲液罐出口閥9.超濾進料泵10.超濾膜組件 11.進氣閥·12.反應釜排液閥13.復合管式膜組件。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進ー步詳細的說明，但是此說明不會構成對本專利技術的限制。實施例I : 實施步驟如下 (1)按圖I所示流程操作，稱取30g粒徑為180目的水稻秸桿加入反應釜I中，按1:15固液比(g/ml)加入質量分數O. 05%的硫酸溶液450 ml，開啟進氣閥11加壓到1.6 MPa，在溫度200で，攪拌速率500 r/min條件下反應，反應釜底部的水解液出ロ設置普通濾網2，普通濾網為500目的不銹鋼濾網，所得水解液通過普通濾網過濾，得到含木質纖維素小粒子、高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素大粒子留在反應釜中繼續水解； (2)開啟水解液出ロ閥3和微濾進料泵5，使步驟2)得到的透過液經過冷卻罐4迅速冷卻至室溫，進入板框式微濾膜組件6，膜材料為聚砜，濾膜的平均孔徑為O. 5 μ m，得到含高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素小粒子返回反應釜繼續水解，透過液進入儲液罐7，同時向反應釜內補料； (3)開啟儲液罐出ロ閥8和超濾進料泵9，使步驟3)得到的透過液進入截留分子量10000道爾頓的板框式超濾膜組本文檔來自技高網...
【技術保護點】
利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，其特征在于包括有以下步驟：1）木質纖維素的酸水解：通過酸性溶液水解木質纖維素，得到水解液；2）普通過濾：將步驟1）所得水解液通過過濾，得到含木質纖維素小粒子、高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素大粒子留在反應釜中繼續水解；3）微濾過濾：將步驟2）得到的透過液通過微濾過濾，得到含高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素小粒子返回反應釜繼續水解；4）超濾過濾：將步驟3）得到的透過液通過超濾過濾，得到含還原糖的透過液，截留的高聚糖返回反應釜繼續水解。
【技術特征摘要】
1.利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，其特征在于包括有以下步驟 1)木質纖維素的酸水解通過酸性溶液水解木質纖維素，得到水解液； 2)普通過濾將步驟I)所得水解液通過過濾，得到含木質纖維素小粒子、高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素大粒子留在反應釜中繼續水解； 3)微濾過濾將步驟2)得到的透過液通過微濾過濾，得到含高聚糖和還原糖的透過液，截留的木質纖維素小粒子返回反應釜繼續水解； 4)超濾過濾將步驟3)得到的透過液通過超濾過濾，得到含還原糖的透過液，截留的高聚糖返回反應爸繼續水解。2.按權利要求I所述的利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，其特征在于步驟I)所述的木質纖維素為小麥秸桿、水稻秸桿、玉米秸桿、草類或硬木木屑。3.按權利要求I或2所述的利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，其特征在于步驟I)所述的酸性溶液可以為硫酸、鹽酸、硝酸、甲酸或馬來酸。4.按權利要求3所述的利用膜分離與木質纖維素酸水解耦合提高還原糖收率的方法，其特征在于步驟I)所述的酸水解溫度為(Γ300 °C，壓力為(TlO MPa，酸性溶液中酸的質量分數為O. 01% 0·...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王存文，王為國，覃遠航，冀少卿，呂仁亮，張俊峰，
申請(專利權)人：武漢工程大學，
類型：發明
國別省市：
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