本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法。
背景技術(shù)：
：中國(guó)近二十年來(lái)由于煤、電、天然氣的普及、各種工業(yè)制品的豐富，農(nóng)村對(duì)油菜秸稈的需求減少，大量油菜秸稈的處理成為了一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，很多地方農(nóng)民仍然直接在地里燃燒油菜秸稈，引發(fā)空氣污染、火災(zāi)、飛機(jī)無(wú)法正常起降等后果。隨著人口的增長(zhǎng)，糧食、能源與環(huán)境是人類(lèi)面臨的最主要挑戰(zhàn)。以纖維素原料生產(chǎn)可再生清潔能源日益受到廣泛關(guān)注，而以農(nóng)作物廢棄物為原料生產(chǎn)燃料丁醇被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。油菜在我國(guó)種植面積很廣，每年產(chǎn)生大量的油菜秸稈。油菜秸稈中蛋白質(zhì)含量低但碳水化合物含量高，個(gè)別品種碳水化合物含量高達(dá)干物質(zhì)的78%，因而是生產(chǎn)生物質(zhì)能的優(yōu)質(zhì)原料。國(guó)內(nèi)外對(duì)油菜秸稈轉(zhuǎn)化燃料丁醇的研究已起步，目前丁醇產(chǎn)率還比較低，瓶頸在于油菜秸稈降解成可發(fā)酵糖的技術(shù)還不理想。因此，發(fā)明油菜秸稈的高效降解工藝對(duì)油菜秸稈的綜合開(kāi)發(fā)及木質(zhì)纖維素的能源化利用均具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。利用木質(zhì)纖維材料制取生物丁醇對(duì)緩解能源危機(jī)與環(huán)境惡化有重要的意義（生物質(zhì)化學(xué)工程，2012，46(3)，39-44）。但在酶水解過(guò)程中，由于部分纖維素酶和半纖維素酶不可逆的以無(wú)效吸附的方式吸附在底物特別是木質(zhì)素表面會(huì)導(dǎo)致酶活性的損失，此外纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和半纖維素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也是導(dǎo)致水解效率低的重要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，生物燃料丁醇由于其能夠汽油以任意比混合，又無(wú)需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行改造，且其經(jīng)濟(jì)性高，可有效提高車(chē)輛的燃油效率和行駛里程。故生物燃料丁醇比生物乙醇更具優(yōu)越的品質(zhì)以及更高的熱值轉(zhuǎn)化率。因而，生物燃料丁醇將會(huì)更加贏得人們的青睞。傳統(tǒng)的生物丁醇的制備方法是以玉米、麥類(lèi)、大豆等谷物糧食為原料通過(guò)發(fā)酵制備而成的。但以糧食為原料生產(chǎn)生物燃料不僅不能滿(mǎn)足社會(huì)需求，而且會(huì)危及糧食安全。有研究人員指出，即使美國(guó)種植的所有玉米和大豆都用于生產(chǎn)生物能源，也只能分別滿(mǎn)足美國(guó)社會(huì)汽油需求的12％和柴油需求的6％。而玉米和大豆首先要滿(mǎn)足糧食、飼料和其他經(jīng)濟(jì)需求，不可能都用來(lái)生產(chǎn)生物燃料。國(guó)際貨幣基金組織也警告說(shuō)，全球用于生物燃料的谷物生產(chǎn)不斷增加有可能對(duì)世界貧困產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為此，研究人員都在積極探索以非糧食類(lèi)植物生產(chǎn)生物燃料丁醇的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，以解決油菜秸稈降解成可發(fā)酵糖不完全導(dǎo)致丁醇得率低等問(wèn)題。本發(fā)明可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；本發(fā)明糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘?jiān)可?，是綠色環(huán)保型工藝；本發(fā)明的水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用；本發(fā)明的方法所制備的生物燃料丁醇與石油煉制方法制備的燃料相比具有顯著的環(huán)保效應(yīng)，它可有效降低溫室氣體的排放。同時(shí)，也為能源緊缺問(wèn)題提供了一種新的解決方案。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用食鹽水漂洗油菜秸稈2-3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過(guò)篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60-65℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理0.8-1.2h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得預(yù)處理的油菜秸稈顆粒，預(yù)處理能將油菜秸稈的纖維素、木質(zhì)素等天然高分子相互解離，有利于下一步的水解；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10-13g/mL；羧酸銨鹽與丁酮、乙醇混用可使木質(zhì)素的分離有增效作用；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.3-1.7，加熱至71-76℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300-400r/min下處理1.2-1.8h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4-8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25-42℃下發(fā)酵30-100h，經(jīng)分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.02%-0.04%、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%。進(jìn)一步地，步驟S1中所述食鹽水的濃度為10%-15%。進(jìn)一步地，步驟S2中所述篩子的目數(shù)為120-200。進(jìn)一步地，步驟S3中所述油菜秸稈顆粒在微波反應(yīng)器中預(yù)處理的溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為0.8h。進(jìn)一步地，步驟S3中所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL。進(jìn)一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒在超聲波反應(yīng)器處理的pH為1.7，溫度為76℃，轉(zhuǎn)速為400r/min，時(shí)間為1.2h。進(jìn)一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL。進(jìn)一步地，步驟S5中所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的8%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.05%、0.05%、0.2%、0.1%、0.14%。本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明原材料來(lái)源廣，制備丁醇成本低；（2）本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，投入少，適合大規(guī)模的推廣和應(yīng)用；（3）可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；（4）糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘?jiān)可?，是綠色環(huán)保型工藝；（5）水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用；（6）本發(fā)的方法制得的糖得率為92.12%-93.56%，丁醇得率為66.76%-67.89%，丁醇純度為99.51%-99.63%，可見(jiàn)采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn)丁醇；（7）本發(fā)明的方法所制備的生物燃料丁醇與石油煉制方法制備的燃料相比具有顯著的環(huán)保效應(yīng)，它可有效降低溫室氣體的排放。同時(shí)，也為能源緊缺問(wèn)題提供了一種新的解決方案。【具體實(shí)施方式】為便于更好地理解本發(fā)明，通過(guò)以下實(shí)施例加以說(shuō)明，這些實(shí)施例屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)施例中，所述利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為10%-15%的食鹽水漂洗油菜秸稈2-3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過(guò)120-200目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60-65℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理0.8-1.2h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得預(yù)處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10-13g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.3-1.7，加熱至71-76℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300-400r/min下處理1.2-1.8h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4-8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25-42℃下發(fā)酵30-100h，經(jīng)分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.02%-0.04%、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%。下面通過(guò)更具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為12%的食鹽水漂洗油菜秸稈2.5h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過(guò)150目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理1h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得預(yù)處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為9%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為70%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為7%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為15:18:1，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.5，加熱至74℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下處理1.6h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為6%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為5%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為8:6，所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為35℃下發(fā)酵60h，經(jīng)分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的8%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.05%、0.05%、0.2%、0.1%、0.14%。實(shí)施例2一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為10%的食鹽水漂洗油菜秸稈3h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過(guò)120目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min下預(yù)處理1.2h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得預(yù)處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10:12:1，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.3，加熱至71℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下處理1.8h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6:5，所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:4g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為25℃下發(fā)酵100h，經(jīng)分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.02%、0.01%、0.01%、0.03%、0.04%、0.04%、0.18%、0.08%、0.12%。實(shí)施例3一種利用油菜秸稈制備丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為15%的食鹽水漂洗油菜秸稈2h，漂洗后將油菜秸稈放在溫度為93-104℃下烘干至含水量≤12%，制得干油菜秸稈；S2：將步驟S1制得的干油菜秸稈粉碎，過(guò)200目篩子，制得油菜秸稈顆粒；S3：將步驟S2制得的油菜秸稈顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至65℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下預(yù)處理0.8h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得預(yù)處理的油菜秸稈顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為20:25:2，所述油菜秸稈顆粒與溶液A的料液比為1:13g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的油菜秸稈顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.7，加熱至76℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下處理1.2h，接著冷卻至室溫后過(guò)濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為10:8，所述預(yù)處理的油菜秸稈顆粒與溶液B的料液比為1:8g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入丙酮丁醇梭菌，添加綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣，控制溫度為42℃下發(fā)酵30h，經(jīng)分離、精餾制得丁醇；所述丙酮丁醇梭菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%-10%，所述綠豆淀粉、酵母膏、蛋白、脂肪、賴(lài)氨酸、維生素、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.04%、0.03%、0.03%、0.05%、0.06%、0.06%、0.21%、0.12%、0.16%。取出適量實(shí)施例1-3的糖液煮沸、滅活，并適度稀釋?zhuān)肈NS比色定糖法測(cè)定發(fā)酵糖含量，并計(jì)算糖得率；同時(shí)檢測(cè)實(shí)施例1-3的方法制備丁醇得率和純度，結(jié)果如下表所示：實(shí)施例糖得率，%丁醇得率，%丁醇純度，%193.4367.3299.57292.1266.7699.51393.5667.8999.63由上表可知，由本發(fā)明實(shí)施例1-3的方法制得的糖得率為92.12%-93.56%，丁醇得率為66.76%-67.89%，丁醇純度為99.51%-99.63%，說(shuō)明了糖轉(zhuǎn)化率高，采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn)丁醇。以上內(nèi)容不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明，對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的專(zhuān)利保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3