一种玉米秸秆的超临界预处理方法

技术领域

本发明涉及玉米秸秆处理技术领域，具体为一种玉米秸秆的超临界预处理方法。

背景技术

农作物秸秆作为一种大量而又廉价的生物质能源，来源非常丰富。我国年产农作物秸秆约7亿吨以上，其中用于直接还田的不足15％，剩余部分近6亿吨，除作为饲料和工业原料外，另有部分农作物秸秆作为农户炊事、取暖燃料，处于低效率利用方式，能源利用效率仅为10％～20％，剩余的秸秆资源中，可能的利用量也有2.8亿～3.5亿吨，随着科技进步和农业发展，农作物产量不断增加，农作物秸秆的产出量也在不断增加，如果能够采用科学的方式合理利用，可获得极大的能源和经济效益。

农作物秸秆的物质组成以纤维素、半纤维素、木质素为主，它们紧密的结合在一起，使得秸秆的降解受到影响，秸秆成熟的越老、木质化程度越高、秸秆的降解性越差，目前的木质纤维素的处理方法以酸、碱、水热法居多，通过这些方法在除去部分木质素的同时，可部分水解纤维素和半纤维素，从而提高水解的效率，但是这些方法的反应条件苛刻，分别存在腐蚀设备、污染环境、转化效率低、成本高、效率低等问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种玉米秸秆的超临界预处理方法，解决了目前以酸、碱、水热法处理纤维素存在反应条件苛刻，分别存在腐蚀设备、污染环境、转化效率低、成本高、效率低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种玉米秸秆的超临界预处理方法，包括以下步骤：

步骤一：进行纤维素超临界水解规律与最佳葡萄糖转化率条件研究；

步骤二：进行纤维素超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究；

步骤三：进行秸秆超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究。

优选的，所述步骤一的具体操作为将纤维素进行超临界预处理与水解试验研究系统的建立以及对纤维素的反应工艺进行优化，最终对葡萄糖的最佳反应进行研究。

优选的，所述步骤二的具体操作为将纤维素进行超临界和亚临界组合预处理与水解试验研究系统的建立，并在超临界条件下得到纤维素初级水解产物，且在亚临界条件下得到初级水解产物的葡萄糖转化规律。

优选的，所述步骤三的具体操作为将秸秆放到超临界和亚临界条件下研究葡萄糖的转化规律，再结合不同的固液比和不同的温度以及反应时间，得出葡萄糖最佳转化条件的优化。

优选的，所述步骤一、步骤二和步骤三中的水解工艺的催化剂采用电离的H+进行水解的。

具体为一种玉米秸秆的超临界转化葡萄糖的方法，包括以下操作步骤：

步骤1：将秸秆在超临界水中进行预处理和水解，打破木质素的缠绕包裹并破坏纤维素的结晶结构，使纤维素水解为低聚糖；

步骤2：通过控制反应条件，在亚临界条件通过控制反应条件实现避免葡萄糖产生的初级水解；

步骤3：低聚糖再经过葡萄糖分解速率相对较慢的亚临界水二级水解生成葡萄糖等六碳糖，实现全工艺过程可发酵糖产率的最大化，进一步水解为葡萄糖。

优选的，所述反应的温度为240-280℃，反应的时间为10-23s。

(三)有益效果

本发明提供了一种玉米秸秆的超临界预处理方法。具备以下有益效果：

本发明既利用了超临界法反应迅速、无需催化剂、无产物抑制的优点，又解决了其产物不稳定、条件难控制的技术瓶颈，从而实现秸秆快速高效地转化为可发酵糖，对提高秸秆制取葡萄糖的生产效率及其推广应用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明所提出的一种玉米秸秆的超临界预处理方法的整体流程示意图；

图2为本发明所提出的一种玉米秸秆的超临界预处理方法的纤维素超临界水解规律与最佳葡萄糖转化率条件研究流程图；

图3为本发明所提出的一种玉米秸秆的超临界预处理方法的纤维素超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究流程图；

图4为本发明所提出的一种玉米秸秆的超临界预处理方法的秸秆超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-4所示，本发明实施例提供一种玉米秸秆的超临界预处理方法，包括以下步骤：

步骤一：进行纤维素超临界水解规律与最佳葡萄糖转化率条件研究；

步骤二：进行纤维素超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究；

步骤三：进行秸秆超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究。

步骤一的具体操作为将纤维素进行超临界预处理与水解试验研究系统的建立以及对纤维素的反应工艺进行优化，最终对葡萄糖的最佳反应进行研究。

步骤二的具体操作为将纤维素进行超临界和亚临界组合预处理与水解试验研究系统的建立，并在超临界条件下得到纤维素初级水解产物，且在亚临界条件下得到初级水解产物的葡萄糖转化规律。

步骤三的具体操作为将秸秆放到超临界和亚临界条件下研究葡萄糖的转化规律，再结合不同的固液比和不同的温度以及反应时间，得出葡萄糖最佳转化条件的优化。

步骤一、步骤二和步骤三中的水解工艺的催化剂采用电离的H+进行水解的。

具体为一种玉米秸秆的超临界转化葡萄糖的方法，包括以下操作步骤：

步骤1：将秸秆在超临界水中进行预处理和水解，打破木质素的缠绕包裹并破坏纤维素的结晶结构，使纤维素水解为低聚糖；

步骤2：通过控制反应条件，在亚临界条件通过控制反应条件实现避免葡萄糖产生的初级水解；

步骤3：低聚糖再经过葡萄糖分解速率相对较慢的亚临界水二级水解生成葡萄糖等六碳糖，实现全工艺过程可发酵糖产率的最大化，进一步水解为葡萄糖。

反应的温度为280℃，反应的时间为10s。

实施例二：

一种玉米秸秆的超临界预处理方法，包括以下步骤：

步骤一：进行纤维素超临界水解规律与最佳葡萄糖转化率条件研究；

步骤二：进行纤维素超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究；

步骤三：进行秸秆超临界和亚临界组合预处理与水解工艺试验研究。

步骤一的具体操作为将纤维素进行超临界预处理与水解试验研究系统的建立以及对纤维素的反应工艺进行优化，最终对葡萄糖的最佳反应进行研究。

步骤二的具体操作为将纤维素进行超临界和亚临界组合预处理与水解试验研究系统的建立，并在超临界条件下得到纤维素初级水解产物，且在亚临界条件下得到初级水解产物的葡萄糖转化规律。

步骤三的具体操作为将秸秆放到超临界和亚临界条件下研究葡萄糖的转化规律，再结合不同的固液比和不同的温度以及反应时间，得出葡萄糖最佳转化条件的优化。

步骤一、步骤二和步骤三中的水解工艺的催化剂采用电离的H+进行水解的。

具体为一种玉米秸秆的超临界转化葡萄糖的方法，包括以下操作步骤：

步骤1：将秸秆在超临界水中进行预处理和水解，打破木质素的缠绕包裹并破坏纤维素的结晶结构，使纤维素水解为低聚糖；

步骤2：通过控制反应条件，在亚临界条件通过控制反应条件实现避免葡萄糖产生的初级水解；

步骤3：低聚糖再经过葡萄糖分解速率相对较慢的亚临界水二级水解生成葡萄糖等六碳糖，实现全工艺过程可发酵糖产率的最大化，进一步水解为葡萄糖。

反应的温度为240℃，反应的时间为23s。

实施例三：

现有技术的玉米秸秆的超临界转化葡萄糖的方法，包括以下操作步骤：

步骤①：将秸秆在超临界水中进行预处理和水解，打破木质素的缠绕包裹并破坏纤维素的结晶结构，使纤维素水解为低聚糖；

步骤②：将低聚糖过滤出来继续进行超临界水解，生成葡萄糖等六碳糖，再将葡萄糖等六碳糖进一步水解生成葡萄糖。

表1：根据实施例一、实施例二和实施例三的方案和数据实施得出的数据表：

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。