用于從生物質(zhì)中離析纖維素的方法和由該方法提供的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】使預(yù)處理的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而沒有使生物質(zhì)的個體組分變性和/或降解。隨后使生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級份和第一分級生物質(zhì)分離。隨后可使第一分級生物質(zhì)再次經(jīng)受與前述相同的高頻脈沖和剪切力，特別是若有半纖維素和/或糖依然存在于第一分級生物質(zhì)中的話。使用壓縮力將第二液態(tài)級份和第二分級生物質(zhì)分離。使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化。隨后使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以分離出水溶性形式的生物質(zhì)的一種或更多種水不溶性組分，并提供未變性和/或降解且具有小于7%的木質(zhì)素接觸的纖維素。
【專利說明】用于從生物質(zhì)中離析纖維素的方法和由該方法提供的產(chǎn)品
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請是2014年8月8號提交的美國申請?zhí)?4/454,972的部分繼續(xù)申請，本申請要求于 2013年8月12號提交的美國臨時專利申請序列號61/864,853、于2013年11月27號提交的美 國臨時專利申請序列號61/909,418和于2013年12月20號提交的美國臨時專利申請序列號 61/919,194的優(yōu)先權(quán)，上述專利申請的公開內(nèi)容通過引用W其全部并入本文。
[0002] 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明設(shè)及用于離析生物質(zhì)的組分的方法。在該方法中提供的級分和提出物的例子包 括木質(zhì)素、纖維素、糖、半纖維素、纖維和/或提出物的提取、離析和純化。
[0003] 發(fā)明背景 典型地將天然的纖維素原料稱作"生物質(zhì)"。很多類型的生物質(zhì)，包括木材、紙、農(nóng)業(yè)殘 渣、草本作物和木質(zhì)纖維素城市和工業(yè)固體廢棄物已被考慮作為用于廣泛范圍的商品的生 產(chǎn)和制備的原料。植物生物質(zhì)材料主要包含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，與大量的可提取 物、果膠、蛋白質(zhì)和/或灰分一起結(jié)合在復(fù)雜而纏結(jié)的凝膠狀結(jié)構(gòu)中。因此，生物質(zhì)作為化學(xué) 原料的成功的商業(yè)用途取決于運(yùn)些各種成分的有效的和/或經(jīng)濟(jì)的分離和離析。
[0004] 在生物質(zhì)的生產(chǎn)、收獲、儲存、運(yùn)輸和加工中經(jīng)常需要很多步驟，W產(chǎn)生有用的產(chǎn) 品。在加工中的一個步驟是將生物質(zhì)分離或分級成其主要組分:提出物、半纖維素、木質(zhì)素 和纖維素，伴隨較小量的果膠、灰分、蛋白質(zhì)和角質(zhì)。已研究了很多方法來解開生物質(zhì)的復(fù) 雜結(jié)構(gòu)。一旦實現(xiàn)該分離，則打開了用于將各組分進(jìn)一步加工成可銷售的產(chǎn)品的各種各樣 的途徑。例如，近來從生物質(zhì)生產(chǎn)產(chǎn)品例如生物燃料、聚合物和膠乳替代品的可能性已受到 很多關(guān)注。運(yùn)種關(guān)注歸因于大量纖維素原料的可利用性、使廢棄纖維素材料的燃燒或填埋 減到最少的需要和糖和纖維素作為取代油基產(chǎn)品的原材料的有用性。
[0005] 生物質(zhì)的一個令人感興趣其離析的組分是纖維素。纖維素，特別是去木質(zhì)的纖維 素是造紙工業(yè)和生物燃料的生產(chǎn)中所特別感興趣的。纖維素是具有式(C出10化)η的有機(jī)化 合物，由數(shù)百至超過一萬個β(1^4)連接的D-葡萄糖單元的直鏈組成的多糖。纖維素是綠色 植物的初生細(xì)胞壁、很多形式的藻類和卵菌的重要的結(jié)構(gòu)組分。纖維素是地球上極其豐富 的有機(jī)聚合物。棉纖維的纖維素含量是90%，木材的纖維素含量是40-50%，及干大麻的纖維 素含量接近45%。纖維素主要用于生產(chǎn)紙板和紙。較小的量轉(zhuǎn)化成各種各樣的衍生產(chǎn)品，例 如玻璃紙和人造絲。若纖維素歸因于苛刻的條件例如高溫、高壓、化學(xué)暴露、高酸性條件和/ 或高堿性條件而已變性和/或降解，則使用纖維素作為原料可能是成問題的。
[0006] 因此，持續(xù)存在對于改善的系統(tǒng)和方法的需要，所述系統(tǒng)和方法用于提供纖維素 和大體上無木質(zhì)素、半纖維素、其它糖和灰分的纖維素，并考慮了例如環(huán)境和能源擔(dān)憂、效 率和成本有效性的因素，同時限制了纖維素成分的變性和/或降解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 應(yīng)當(dāng)意識到提供本概述W采取簡化形式介紹選擇的概念，在W下詳述中進(jìn)一步描述所 述概念。本概述不意欲鑒定本公開的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意欲限制本發(fā)明的范圍。 [000引本發(fā)明提供用于離析纖維素的方法，所述方法可適應(yīng)于大規(guī)模生產(chǎn)，使用環(huán)境友 好的溶劑和/或是節(jié)能的。此外，本發(fā)明提供用于離析纖維素和使纖維素去木質(zhì)的方法，其 中纖維素大體上無木質(zhì)素、半纖維素、其它糖和各種其它水不溶性組分，同時維持其結(jié)構(gòu)與 其在生物質(zhì)中的結(jié)構(gòu)大體上類似。
[0009] 所述方法包括使生物質(zhì)經(jīng)受條件W從生物質(zhì)中W非變性或非降解的形式離析纖 維素，并隨后使纖維素經(jīng)受氧化，W除去任何殘留的半纖維素、木質(zhì)素等等W純化纖維素級 分。所述方法包括對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，W例如除去大部分的半纖維素組分。預(yù)處理可包括 機(jī)械改變纖維，W例如打開纖維并形成流態(tài)化的生物質(zhì)。隨后使具有打開的纖維的生物質(zhì) 經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而沒有使生物質(zhì)的個體組分變性。隨后使生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W將 第一液態(tài)級分與第一分級生物質(zhì)分離。隨后可使第一分級生物質(zhì)再次經(jīng)受與之前相同的高 頻脈沖和剪切力，特別是若有半纖維素和/或糖依然存在于第一分級生物質(zhì)中的話。壓縮力 用于將第二液態(tài)級分與第二分級生物質(zhì)分離。第二分級生物質(zhì)的纖維素和水不溶性組分包 括木質(zhì)素和蛋白質(zhì)的含量高，且大體上無半纖維素和糖。使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化。隨后 使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W從第二分級生物質(zhì)中W水溶性和液態(tài)的形式分離出生物 質(zhì)的一種或更多種水不溶性組分，所述第二分級生物質(zhì)的纖維素的含量高，且大體上無半 纖維素、糖和生物質(zhì)的水不溶性組分，特別是木質(zhì)素。
[0010] 第二分級生物質(zhì)的纖維素未變性或降解，即，其與在離析之前的生物質(zhì)中的纖維 素大體上類似。據(jù)信因為本發(fā)明的方法避免了高溫、高壓、極端的化學(xué)條件、高酸性或堿性 條件等等，因此避免了使纖維素變性和/或降解，并提供了采取特別適合作為原料的形式的 去木質(zhì)的纖維素。
[0011] 附圖簡述 圖1描繪了流程圖，其概述了本發(fā)明方法的實施方式。
[0012] 圖2描繪了流程圖，其概述了本發(fā)明方法的另一實施方式。
[0013] 圖3A和3B描繪了在實施例2的第Ξ分級生物質(zhì)上進(jìn)行的各種DSC。
[0014] 實施方式的詳述 在W下詳述中，詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實施方式，W使得能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。雖然參考運(yùn) 些具體的實施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)意識到可采取不同的形式來將本發(fā)明具體化， 且不應(yīng)解釋為限于本文陳述的實施方式。相反，提供運(yùn)些實施方式W使本公開將是詳盡而 完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本發(fā)明的范圍。
[0015] 在本文發(fā)明的說明書中使用的術(shù)語是僅用于描述特定的實施方式的目的，且不意 欲限制本發(fā)明。如在本發(fā)明的說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式"一"（"a," "an")和"所述"（"the")也意欲包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。本發(fā)明包括如 在考慮W下詳述后將變得顯而易見的眾多替代物、修改和等價物。
[0016] 將理解，雖然術(shù)語"第一，"、"第二，"、"第Ξ，"、"a)，"、"b)，"和"C)，"等在本文中 可用于描述本發(fā)明的各種要素，但是不應(yīng)受運(yùn)些術(shù)語限制。運(yùn)些術(shù)語僅用于將本發(fā)明的一 個要素與另一個要素區(qū)別開來。因此，W下討論的第一要素可稱作要素方面，及類似地，第 Ξ而不偏離本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，術(shù)語"第一，"、"第二，"、"第S，"、"a)，"、"b)，"和"C)，"等 不意欲必然將順序或其它層次結(jié)構(gòu)傳達(dá)給相關(guān)要素，而僅用作鑒定的目的。操作(或步驟） 的順序不限于在權(quán)利要求書或圖中所呈現(xiàn)的次序，除非另外明確指出?？赏瑫r實施步驟。
[0017] 除非另外定義，否則，本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本 發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的意義。將進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用 詞典中定義的那些，應(yīng)當(dāng)解釋為具有與它們在本申請的上下文和相關(guān)領(lǐng)域中的意義相一致 的意義，且不應(yīng)W理想的或過度形式的層面來解釋，除非本文如此明確地定義。在本文發(fā)明 的說明書中使用的術(shù)語僅用于描述特定的實施方式的目的，且不意欲限制本發(fā)明。本文提 到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考通過引用W其全部并入。在術(shù)語沖突的情況 下，W本說明書為準(zhǔn)。
[0018] 也如本文所使用的，"和/或"是指并包括相關(guān)列舉項的一種或更多種的任何和所 有可能的組合，W及當(dāng)W二者擇一（"或"）解釋時，組合的缺乏。
[0019] 除非上下文另外指出，否則，明確意欲可W任何組合來使用本文描述的發(fā)明的各 種特征。此外，本發(fā)明還考慮在本發(fā)明的一些實施方式中，可排除或忽略本文陳述的任何特 征或特征的組合。舉例說明，若說明書陳述復(fù)合物包含組分A、B和C，明確意欲可忽略和不要 求保護(hù)A、B或C中任一種，或它們的組合。
[0020] 如本文所使用的過渡詞組"基本由……組成"（和語法變體)解釋為包括所述材料 或步驟"和不實質(zhì)上影響所要求保護(hù)的發(fā)明的基本的和新穎的特性（一種或更多種）的那 些"。參見，關(guān)于Herz, 537 F.2d 549，551-52，190 U.S.P.Q. 461，463 (CCPA 1976) (在原文出處是重點）；還參見MPEP § 2111.03。因此，本文所使用的術(shù)語"基本由……組成" 不應(yīng)解釋為等同于"包含"。
[0021 ]當(dāng)提及可測量的值諸如，例如，量或濃度等等時，如本文所使用的術(shù)語"大約"意為 包括所規(guī)定量的± 20%、± 10%、± 5%、± 1%、± 0.5%或甚至± 0.1%的變化。本文提供的 可測量值的范圍可包括在其中的任何其它的范圍和/或個體值。
[0022] 術(shù)語"生物質(zhì)"包括任何非化石的即可再生的有機(jī)物質(zhì)。各種類型的生物質(zhì)可包括 植物生物質(zhì)、動物生物質(zhì)(任何動物副產(chǎn)品(anima 1 by-product)、動物排泄物等)和城市廢 棄物生物質(zhì)(除去可回收物例如金屬和玻璃的住宅和輕的商業(yè)垃圾）。
[0023] 術(shù)語"植物生物質(zhì)"或"木質(zhì)纖維素生物質(zhì)"實際上包括在可持續(xù)的基礎(chǔ)上，能源 可利用的任何植物衍生的有機(jī)物質(zhì)(木質(zhì)或非木質(zhì)的）。"植物衍生的"必須包括參與種子產(chǎn) 生的性生殖植物部分(如花芽、花、果實、果核和種子)和植物性部分(如葉子、根、葉芽和莖） 二者。植物生物質(zhì)可包括但不限于農(nóng)業(yè)作物廢棄物和殘渣，例如玉米賴、麥賴、稻賴、甘薦渣 等等。植物生物質(zhì)進(jìn)一步包括但不限于，木質(zhì)能源作物、木材廢棄物和殘渣，例如樹、針木樹 森林撫育間伐(forest thinning)、樹皮廢棄物、銀屑、紙和紙漿工業(yè)廢料流、木纖維、草本 植物材料釀造廢棄物等等。另外，飼料作物(grass crops)，例如柳枝稷（switchgrass)等 等，具有W大規(guī)模量生產(chǎn)和提供另一植物生物質(zhì)的重要來源的潛力。對于城市地區(qū)，潛在的 植物生物質(zhì)原料包含庭院廢棄物（如修剪的草屑（grass clippings)、葉子、修剪的樹屑 (tree clippings)、灌木叢等)和蔬菜加工廢棄物。
[0024] 生物質(zhì)包含Ξ種基本的化學(xué)組分/級分，即半纖維素、纖維素和木質(zhì)素。取決于生 物質(zhì)，生物質(zhì)還可包括較少量的蛋白質(zhì)、提出物、果膠、角質(zhì)和灰分。具體地，半纖維素是包 含戊糖和己糖木質(zhì)、葡糖醒酸木質(zhì)（glucuronoxylon)、阿拉伯糖木質(zhì)(arabinoxylon)、葡甘 露聚糖(glucomannon)和木糖葡聚糖的聚合物(基體多糖）。所述糖被乙酸高度取代，且因其 支化結(jié)構(gòu)，半纖維素是無定形的。半纖維素還易于經(jīng)由水解而分解。對比之下，纖維素是葡 萄糖通過β-配糖鍵鍵合在一起W形成很長的直鏈的線性聚合物(多糖）。氨鍵合可發(fā)生在纖 維素鏈之間，導(dǎo)致抗分解的剛性晶體結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素是酪分子的聚合物，并且是疏水性的。它 為植物提供結(jié)構(gòu)完整性，即它是維持植物完整的膠水。
[0025]在例如植物生物質(zhì)例如玉米賴中的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的典型的范圍是： ~"環(huán)境溫度"包括本發(fā)明的方法發(fā)生
的環(huán)境的溫度。環(huán)境溫度可包括但不限于，"室~ 溫，"和在約0至約40°C (30至104°F)范圍內(nèi)的任何溫度。
[0027]生物質(zhì)的個體組分可包括但不限于木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、其它糖、蛋白質(zhì)、藥 物(pharmaceuticals)、營養(yǎng)素(nutraceuticals)、灰分、果膠和角質(zhì)，和由植物的葉子、莖、 花、芽、根、塊莖、種子、果核、果實等等獲得的其它材料。
[00%]"醇"包括但不限于甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、異下醇、下醇和乙二醇。"短鏈醇"一 般包括C1至C4醇。
[0029] "7長"包括，但不限于去離子水、泉水、蒸饋水、礦質(zhì)水、自來水和井水，及它們的混 合物。"水溶性的"包括在環(huán)境溫度下可溶解在水或其它溶劑中的組分。"水不溶性的"包括 在環(huán)境溫度下不能溶解在水或其它溶劑中的組分。
[0030] 現(xiàn)在參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，將描述用于各種生物質(zhì)的分級和提取 的操作?？扇芜x地在環(huán)境溫度下進(jìn)行預(yù)處理步驟90?？墒股镔|(zhì)經(jīng)受預(yù)浸潰步驟100和/或 分解步驟110。分解步驟110可包括生物質(zhì)的機(jī)械分解，W提供流態(tài)化或可流動狀態(tài)或條件 下的生物質(zhì)。預(yù)浸潰步驟100可包括與具有或不具有添加劑的溶劑接觸，W促進(jìn)個體組分 的分離。在另一實施方式中，預(yù)處理步驟可包括水解(或在干燥條件下生物質(zhì)的再水解)至 約20%至50%的濕度增加。可通過使用水蒸氣處理生物質(zhì)來實現(xiàn)水解。隨后可使用常規(guī)的分 離技術(shù)，例如使用超濾膜或滲濾膜使經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)經(jīng)受分離步驟105。在預(yù)處理步驟90 之后，可使生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和高剪切力，W經(jīng)由，例如，在2014年8月8號提交的共同待 審美國專利申請序列號14/454,833(代理人案號1237-3)和2014年8月8號提交的共同待審 美國專利申請序列號14/454,952(代理人案號1237-2)中描述的生物質(zhì)分級裝置和方法進(jìn) 行分級120或提取，上述專利申請通過引用W其全部并入。此類分級不使生物質(zhì)的一種或更 多種個體組分、生物質(zhì)的組分、特別是纖維素變性和/或降解。纖維素為與其天然地作為生 物質(zhì)的組分大體上相同的形式。此類分級提供了可與經(jīng)分級或提取的生物質(zhì)分離的級分或 提取產(chǎn)物。脈沖(pulsation)和剪切力避免改變個體組分的化學(xué)特性，且大體上不導(dǎo)致此類 組分的碎裂?？墒菇?jīng)分級或提取的生物質(zhì)經(jīng)受分離，即伴隨或不伴隨攬拌的過濾或篩選 125,接著是壓縮力130,且隨后接著是伴隨或不伴隨攬拌的另外的過濾和/或分離140。所述 級分可用于提供所需的產(chǎn)物流150。在一個實施方式中，例如使用白利糖度計來監(jiān)測在經(jīng)分 級的生物質(zhì)中的半纖維素和糖的量。若顯著的半纖維素或糖依然存在，可重復(fù)經(jīng)受高頻脈 沖和剪切力和經(jīng)受壓縮力的步驟。
[0031] 如W上簡要討論的，在最初的預(yù)處理步驟90中，可預(yù)浸潰生物質(zhì)并使之與溶劑接 觸，例如與醇、含水醇(aqueous alcohol)、水或甘油或共溶劑或它們的混合物接觸，W開始 生物質(zhì)的分級或提取，特別開始從生物質(zhì)中分離半纖維素化emicelloses)。在該預(yù)處理步 驟90期間，生物質(zhì)可能膨脹。例如通過在與溶劑接觸100之前的剎碎、切割、磨損、摩擦或壓 碎，可分解110生物質(zhì)。在特定的實施方式中，若生物質(zhì)是例如新鮮的植物生物質(zhì)或草本植 物材料，則可使所述材料與醇接觸。若生物質(zhì)是干植物生物質(zhì)或草本植物材料，則可使其與 含水醇溶液接觸。可在不同濃度的含水醇中實施該含水醇提取。合適的醇可為短鏈醇，例如 但不限于甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、下醇和異下醇。在特定的實施方式中，所述醇是乙醇。所 述醇可為共溶劑混合物，例如醇和水的混合物。含水醇溶液可包含0-100% (v/v)的醇。更特 別地，含水醇溶液可包含25-95% (v/v)的醇。在特定的實施方式中，含水醇溶液為25% (v/ V)或更多的醇。在另一特定的實施方式中，含水醇可為60% (v/v)的醇。在另一實施方式中， 含水醇溶液可為70% (v/v)的醇。在又一實施方式中，含水醇溶液可為86%或更多（v/v)的 醇。在其它實施方式中，用于分級或提取生物質(zhì)的方法可包括使生物質(zhì)與甘油或含水甘油 溶液接觸。
[0032] 在又一實施方式中，用于提取生物質(zhì)的方法可包括使生物質(zhì)經(jīng)由與水蒸氣接觸來 與水接觸，W提供20%至40%的濕度增加。典型地，在本發(fā)明的其它實施方式中，與所使用的 溶劑/液體接觸的生物質(zhì)/固體的比率可為1:1至1:10的固體比液體。在與溶劑(醇或水)接 觸期間，生物質(zhì)的纖維可能膨脹。
[0033] 關(guān)于分解纖維，首先通過剎碎、切割、磨損、摩擦或壓碎生物質(zhì)打開纖維，并因此提 供流態(tài)化或可流動形式的纖維。例如，可在機(jī)械高稠度流化機(jī)例如精制機(jī)(refiner)或盤式 娠磨機(jī)（disk mill)中加工生物質(zhì)纖維。示例性的盤式娠磨機(jī)可獲自Sprout Waldron、 Beloit或Amlritz。通過利用精制機(jī)或盤式娠磨機(jī)，可改變生物質(zhì)且特別是其纖維質(zhì)材料， 而不破壞纖維質(zhì)材料的纖維性質(zhì)，W使分級裝置的高頻脈沖和剪切力可接近纖維質(zhì)材料。 所述加工可持續(xù)如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的影響該步驟所必需的任何必需的時間量發(fā)生。 在特定的實施方式中，持續(xù)1分鐘或更短實施分解方法。
[0034] 總的預(yù)處理步驟90可持續(xù)對于分級或提取方法足夠的任何時間段發(fā)生，并可在任 何器皿、容器或適于使生物質(zhì)與溶劑接觸和/或分解纖維的混合器中發(fā)生。在一些實施方式 中，預(yù)處理步驟可為介于，例如15分鐘、30分鐘或1小時和72小時之間的任何時長。在另一實 施方式中，預(yù)處理步驟可為15分鐘或更短。預(yù)處理步驟可為1分鐘或更短。在預(yù)處理步驟中， 可使與溶劑接觸的生物質(zhì)任選地經(jīng)受壓縮力，所述壓縮力可促進(jìn)溶劑進(jìn)入生物質(zhì)中的吸 收。預(yù)處理步驟90中的壓縮可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何技術(shù)發(fā)生。在本發(fā)明的 實施方式中，在預(yù)處理步驟期間的壓縮可受螺旋壓力機(jī)影響。
[0035] 在另一實施方式中，預(yù)處理可包括添加弱酸W使生物質(zhì)預(yù)水解，W促進(jìn)半纖維素 的除去。用于酸化預(yù)處理溶液(溶劑）的合適的酸包括無機(jī)酸，例如硝酸、鹽酸和憐酸，和有 機(jī)酸，例如乙酸或甲酸。意識到弱酸像乙酸或甲酸的添加可能不是必需的，因為天然量的同 樣的酸存在于生物質(zhì)中。若需要酸化/水解，則溶液的抑將為約0.5至7.0，且通常將介于約 1.0至5.0之間。還可使用掩蔽劑（sequestering agent)或馨合劑（chelating agent)例如 氨基簇酸或氨基多憐酸。
[0036] 另外，可包括幫助催化去木質(zhì)作用的化合物。在一個實施方式中，可利用蔥釀 (AQ)。示例性的蔥釀及其衍生物包括1-甲基蔥釀、2-甲基蔥釀、2-乙基蔥釀、2-甲氧基蔥釀、 2，3-二甲基蔥釀和2，7-二甲基蔥釀。
[0037] 在另一實施方式中，可包括堿性緩沖劑例如堿金屬氨氧化物、碳酸鹽、憐酸鹽或棚 酸鹽，W促進(jìn)半纖維素和木質(zhì)素個體組分的分離。合適的緩沖劑可包括氨氧化鋼、碳酸鋼和 四棚酸鋼?？墒褂冒毖趸?、碳酸鹽和棚酸鹽的混合物或共混物。若添加堿金屬氨氧化物， 貝iJpH可介于約7.0至約13.0之間，并通?？山橛诩s8.0至約11.0之間。
[0038] 可在環(huán)境溫度下、升高的溫度(20°C至90°C)下或使用水蒸氣/蒸汽(大于100°C)進(jìn) 行預(yù)處理步驟90, W水合或再水合生物質(zhì)。意識到蒸汽可為溶劑的蒸汽。
[0039] 可在該階段實現(xiàn)半纖維素的離析或除去?？衫贸瑸V或滲濾來提供具有生物質(zhì)的 80%至95%的半纖維素的截留物質(zhì)，和包含除去大部分半纖維素的生物質(zhì)的滲透物。注意到 截留物質(zhì)可包括離析的有機(jī)酸，例如乙酸或甲酸，其可從截留物質(zhì)中被除去，并用于如上所 述地對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。可干燥半纖維素 W避免發(fā)酵或霉菌產(chǎn)生，并隨后用作例如乙醇 生產(chǎn)的原材料。
[0040] 總的來說，期望是提供W下形式的纖維：其中使用分級裝置的高剪切力和脈沖可 容易地使纖維的組分分級，伴隨大部分半纖維素被除去。預(yù)處理步驟90的條件例如溶劑選 取、溫度、壓力、時間、添加劑等等的選擇將取決于生物質(zhì)和待分級和離析的那種生物質(zhì)的 組分，并將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍之內(nèi)，而無需過度的實驗?？杀苊鈽O端和苛刻的條 件，W便不使纖維素組分變性和/或降解。
[0041] 在除去半纖維素105之后，可使流體或可流動形式的生物質(zhì)經(jīng)受分級120, W使用 剪切力和脈沖來分級或提取生物質(zhì)。將意識到在特定的實施方式中，在生物質(zhì)的組分未變 性或改變、并維持個體組分的化學(xué)性質(zhì)的情況下使用剪切力和脈沖，其中可從生物質(zhì)中分 離出一部分級分或提取物。使生物質(zhì)經(jīng)受剪切力和高頻脈沖可持續(xù)如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意 識到的影響該步驟所必需的任何必需的時間量發(fā)生。在特定的實施方式中，該步驟可持續(xù)1 分鐘或更短發(fā)生。在操作中，在大于1000脈沖每秒的能量下，流態(tài)化的生物質(zhì)從約4 mph快 速加速至約120 mph，同時避免生物質(zhì)顆粒的摩擦。運(yùn)促進(jìn)了生物質(zhì)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)從生物質(zhì)的 復(fù)雜而纏結(jié)的結(jié)構(gòu)中釋放其各種級分或成分的能力，而沒有使組分的化學(xué)性質(zhì)和特性變性 或降解。
[0042] 隨后可使經(jīng)分級的生物質(zhì)材料任選地在另外的溶劑存在下經(jīng)受壓縮力130如，壓 碎力或浸軟力(macerating force)，其中所述壓縮力除去液態(tài)級分用于收集，同時排出主 要是纖維素的低液體的固體餅?？筛鶕?jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的任何技術(shù)施加壓縮力。在 特定的實施方式中，壓縮力受到螺旋壓力機(jī)的螺桿的影響，所述螺旋壓力機(jī)浸軟經(jīng)分級的 生物質(zhì)并可包括任選的攬拌。
[0043] 經(jīng)受分級的步驟120和經(jīng)受分級可持續(xù)直至生物質(zhì)級分大體上不含半纖維素和 糖。運(yùn)可采取各種各樣的手段進(jìn)行監(jiān)測或測量，包括使用白利糖度計來測量糖含量、使用差 示掃描量熱計(DSC)來測量烙融溫度和使用差示熱分析(DTA)來測量烙融曲線下的面積。
[0044] 在一個實施方式中，可使第一分級生物質(zhì)經(jīng)受條件W使第一分級生物質(zhì)的抑提高 至約9W上。例如，可使生物質(zhì)與弱苛性堿，如基于水的0.1至0.5% w/w氨氧化鋼接觸。
[0045] 可如圖2中所概述地進(jìn)一步處理根據(jù)本發(fā)明提供的級分和提取物?？墒购Y選的液 體(如液態(tài)級分)與另外的生物質(zhì)接觸，所述生物質(zhì)經(jīng)分解210、分級220、篩選240、經(jīng)受壓縮 力230,和固態(tài)分級的生物質(zhì)主要是纖維素和分離液態(tài)分級產(chǎn)物流250。認(rèn)識到雖然固態(tài)分 級固體大體上是纖維素，但是其依然具有結(jié)合到纖維素分子上的木質(zhì)素和一些半纖維素。 不希望受限于單一的理論，
【申請人】相信小量的半纖維素允許木質(zhì)素為水溶性的，并且在沉 淀期間被除去。
[0046] -旦經(jīng)分級的生物質(zhì)大體上不含半纖維素和糖，則使生物質(zhì)經(jīng)受在7 W上的pH下 的氧化，注意到所述經(jīng)分級的生物質(zhì)典型地具有約7的抑，且抑約為9。在一個實施方式中， 氧化通過經(jīng)分級的生物質(zhì)與約0.1%至約5%過氧化氨接觸來發(fā)生。例如，關(guān)于木質(zhì)素去除、離 析和純化，過氧化氨允許木質(zhì)素酸鍵裂解。具體地，木質(zhì)素中的酪基被離子化，且所得的基 主要是苯氧基類型的。通過過氧化物陰離子的歧化作用形成過氧化氨。過氧化物陰離子本 身反應(yīng)性不是非常強(qiáng)，但是過氧化氨的分解產(chǎn)物包括反應(yīng)性非常強(qiáng)的徑基。徑基不僅與木 質(zhì)素結(jié)構(gòu)反應(yīng)，而且容易攻擊多糖，伴隨隨后的配糖鍵分解和用于剝離反應(yīng)的新位點的產(chǎn) 生。一旦過氧徑基(perhydoxyl)與木質(zhì)素（或蛋白質(zhì)或水不溶性提出物)結(jié)合，運(yùn)些生物質(zhì) 的個體組分變得極性和水溶性更強(qiáng)。其它氧化劑包括堿金屬過氧化物，例如有機(jī)和無機(jī)過 氧化物，包括過氧化鋼、過氧化巧、過氧化儀和過碳酸鋼。此外，可通過在預(yù)處理步驟中包括 蔥釀或其衍生物或其它催化劑來促進(jìn)該反應(yīng)。
[0047] 在另一實施方式中，配制氧化混合物。氧化混合物通過將堿性緩沖劑例如堿金屬 氨氧化物、碳酸鹽、憐酸鹽或棚酸鹽、氧陰離子(oxyanions)來源和短鏈有機(jī)酸混合在一起 W提供氧化混合物來提供。合適的堿性緩沖劑包括氨氧化鋼、碳酸鋼和四棚酸鋼。合適的氧 陰離子來源包括過氧化氨及有機(jī)和無機(jī)過氧化物，例如過氧化鋼、過氧化巧、過氧化儀和過 碳酸鋼。任選地，可將硫酸或硫酸鋼（即S2-或HS-離子的來源)作為氧陰離子親核硫化物催化 劑包括，W促進(jìn)去木質(zhì)作用。當(dāng)使用纖維素作為原料時，運(yùn)樣還將促進(jìn)其堿催化的醋化和醋 交換。在一個實施方式中，可通過臭氧化經(jīng)由電的方法生成氧陰離子。合適的短鏈有機(jī)酸可 包括乙酸(醋)和甲酸。通過將堿金屬碳酸鹽穩(wěn)定劑例如碳酸鋼或碳酸氨鋼和儘催化劑混合 在一起來提供穩(wěn)定的催化劑混合物。示例性的儘催化劑是馨合的儘酸，例如儘氨基酸馨合 物。在一個實施方式中，穩(wěn)定的催化劑混合物可為粉末固體形式。
[0048] 隨后，例如通過將粉末形式的催化劑與第二分級生物質(zhì)混合來將穩(wěn)定的催化劑混 合物施加到第二分級生物質(zhì)中。隨后將液態(tài)氧化混合物添加到第二分級生物質(zhì)中，并進(jìn)行 混合，且允許氧化發(fā)生持續(xù)約1分鐘至約48小時。隨后使經(jīng)氧化的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受具有 任選的自旋的壓縮力，W提供木質(zhì)素含量低（即通常小于約4%至約8%)的第Ξ分級生物質(zhì)， 和木質(zhì)素含量高的第Ξ液態(tài)級分。第Ξ分級生物質(zhì)可再次如上地被氧化，并經(jīng)受具有任選 的自旋的壓縮力，W提供木質(zhì)素含量顯著更低（即通常小于約2%至約4%)的第四分級生物質(zhì) 和木質(zhì)素含量顯著高的第四液態(tài)級分。生物質(zhì)的離析步驟和與氧化混合物重復(fù)接觸及隨后 的壓縮可重復(fù)多次，直至經(jīng)分級的生物質(zhì)具有小于約0至約2%木質(zhì)素，最后的步驟(一步或 更多步)是常規(guī)的水沖洗步驟。
[0049] 分離之后，可進(jìn)一步分離、離析和/或純化現(xiàn)在水溶性的個體組分，如木質(zhì)素，所述 分離、離析和/或純化例如在2015年2月11號提交的共同待審的美國申請?zhí)朹(代 理人案號1237-4IP2)中描述，其公開內(nèi)容通過引用W其全部并入本文。在一個實施方式中， 使用離屯、法來提供謹(jǐn)析液(decant)。隨后，可使用例如可獲得自Mi 11 ipore，Bi 11 erica， Massachusetts的超濾膜或滲濾膜?？墒褂玫谝荒囊簯B(tài)級分中除去任何剩余的半纖維素。 在一個實施方式中，第一膜是10K道爾頓篩網(wǎng)。截留物質(zhì)將包含半纖維素，且滲透物將主要 包含木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和提出物，伴隨小量的半纖維素、糖和纖維碎片。第二膜將取決于膜將 木質(zhì)素、蛋白質(zhì)或提出物作為截留物質(zhì)離析，并將任何剩余的半纖維素、糖、碎片、污染物 (如重金屬)作為滲透物離析。在一個實施方式中，第二膜是8K道爾頓篩網(wǎng)。又一3K道爾頓篩 網(wǎng)可用于進(jìn)一步離析所需的組分?？墒估w維素經(jīng)受堿催化的醋化或醋交換。
[0050] 在特定的實施方式中，可將通過本發(fā)明的分級和/或提取方法提供的纖維素和/或 纖維素紙漿用在或應(yīng)用在紙和紙制品的制備中。紙制品的實例包括但不限于:紙、紙板和卡 片材料(card stock)。由通過本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿制備的紙制品的用途 不受特別限制。取決于其預(yù)期用途，可生產(chǎn)具有各種各樣性質(zhì)的紙制品，所述用途涵蓋，例 如：代表價值，例如在紙幣、鈔票(bank notes)、支票、債券、收據(jù)和票證中；用于儲存信息， 例如在書本和筆記本、剪貼簿、雜志、報紙、美術(shù)、信中；用于私人用途，例如獨自享用的日 記、筆記等和便簽中；用于交流，例如在個人和/或人群之間的交流中；用于包裝和容器，例 如在紙板、牛皮紙板、容器用紙板、掛面紙板、飲料和/或食品容器、液體容器、瓦愣箱、紙袋、 信封、包裝薄頁紙、紙莎草紙(化arta emporetica)和墻紙中；用于清潔，例如在廁紙、紙巾、 毛巾紙、化妝紙和貓砂中；用于建造，例如在紙型、折紙手工、紙飛機(jī)、卷締、紙蜂窩、用作復(fù) 合材料中的忍材料、紙藝工程(paper engineering)、圖畫紙和紙衣服中；和其它用途，例如 在金剛砂紙、砂紙、吸墨紙、石蕊試紙、通用指示劑紙、紙色譜、電氣絕緣用紙(還參見電介質(zhì) 和電容率)和濾紙。
[0051] 通過本發(fā)明提供纖維素和/或纖維素紙漿用在紙和紙制品的生產(chǎn)中的方法不受特 別限制，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何方法可用在使用通過本發(fā)明提供的纖維素和/ 或纖維素紙漿的紙和紙制品的生產(chǎn)中。例如，可將根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素紙漿進(jìn)料至造 紙機(jī)中，在其中使它形成為紙幅，并通過按壓和干燥從其中除去水。也可將通過本發(fā)明提供 的纖維素紙漿進(jìn)行漂白，W使紙漿更白。用在紙漿的漂白中的典型的化學(xué)品和方法包括： 氯、次氯酸鋼、使用氨氧化鋼提取、氧、堿性過氧化氨、臭氧、馨合W除去金屬、酶處理、過酸 和連二亞硫酸鋼。典型的馨合劑包括但不限于抓TA和DTPA。雖然不特別受限于通過本發(fā)明 提供的纖維素和/或纖維素紙漿的漂白的方法，但是無元素氯化CF)和/或全無氯(TCF)漂 白法提供更加環(huán)境友好的漂白方法。TCF漂白，例如，防止有毒化學(xué)品例如二嗯英的形成。用 于紙漿漂白的TCF順序的實例是其中紙漿將經(jīng)氧、隨后臭氧處理、經(jīng)氨氧化鋼洗涂，隨后按 順序經(jīng)堿性過氧化物和連二亞硫酸鋼處理。
[0052] 在其它實施方式中，可將根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿用在或應(yīng)用 在紙張涂層的制備和/或制造中。已使用纖維素和纖維素衍生物對紙進(jìn)行涂布W增強(qiáng)物理 特性，例如但不限于，外觀，如光澤度和表面光潔度(finish)、強(qiáng)度、剛度和耐水性。由根據(jù) 本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿制備紙張涂層所采取的方式不受限制，且所使用的 方法可為本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的任何一種。
[0053] 在其它實施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在纖維的制 備中。纖維的實例包括但不限于再生的纖維素纖維，例如玻璃紙和人造絲。
[0054] 在其它實施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在消耗品中。 消耗品的類型不受特別限制，且應(yīng)用可包括但不限于：用作藥物片劑中的惰性填料的微晶 纖維素或粉末纖維素;增稠劑和/或穩(wěn)定劑。粉末纖維素也可用于改善加工食品或食物的特 性，例如，用W防止加工食品或食物在容器內(nèi)的結(jié)塊和/或聚集。
[0055] 在其它實施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在科學(xué)應(yīng)用 中。纖維素通常在實驗室中用作色譜法，特別是薄層色譜法的固定相。液體和凝膠過濾典型 地使用由纖維素制備的產(chǎn)品，或者單獨使用，或者與其它過濾介質(zhì)例如娃藻±組合使用。審U 備的各種過濾結(jié)構(gòu)可包含本發(fā)明的纖維素。
[0056] 在其它實施方式中，根據(jù)本發(fā)明提供的纖維素和/或纖維素紙漿可用在建造和建 筑材料中。由回收紙制備的纖維素絕緣材料作為用于建筑絕緣材料的環(huán)境優(yōu)選的材料正變 得流行。其可使用作為阻燃劑的棚酸處理。此外，纖維素在水中的氨鍵合可產(chǎn)生可噴射的、 可模壓的材料，作為塑料和樹脂用途的替代。可回收的材料可被制成耐水和/或耐火或阻燃 的，并可為用作建筑材料提供足夠的強(qiáng)度。
[0057] 在另一實施方式中，可使用纖維素酶處理纖維素，W使晶態(tài)纖維素水解成葡萄糖， 接著使用酵母或合適的微生物使葡萄糖發(fā)酵，W提供生物燃料和/或生物原料。認(rèn)識到可將 之前從分級生物質(zhì)中分離的半纖維素和/或糖添加回去，W與纖維素共發(fā)酵。
[0058] 在另一特定的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的分級或提取提供半纖維素和糖。通過根 據(jù)本發(fā)明的方法提供的糖和/或半纖維素可進(jìn)一步用在生物燃料例如但不限于乙醇的制備 中，或用在聚合物/塑料的制備中。一個運(yùn)樣的實施方式是所提供的級分的發(fā)酵W生產(chǎn)乙 醇。在另一實施方式中，聚合物是聚乳酸(PLA)。在另一實施方式中，木質(zhì)素可經(jīng)進(jìn)一步分離 和乳化，用于進(jìn)一步的處理。因為木質(zhì)素未經(jīng)受高溫，所W其官能基團(tuán)未進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，且 分離的木質(zhì)素的反應(yīng)性可更高。
[0059] 提供W下實施例來說明本發(fā)明，且不應(yīng)解釋為它的限制。 實施例
[0060] 實施例1 麥草 將lOKg的干麥草(賴桿)剎成3/1至2英寸的柄長。用干凈的冷水簡單沖洗賴桿，W除去沙 子和塵±。隨后使麥賴經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射進(jìn)入盤式娠磨機(jī)中，W機(jī)械分解纖 維素結(jié)構(gòu)。隨后使流態(tài)化的麥草經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈沖，而 沒有使麥賴的組分變性和/或降解。使組合的混合物經(jīng)受壓縮力，W將料流分離成液體和 20-60%纖維素固態(tài)級分。保留含有半纖維素的液態(tài)級分。
[0061] 使用化0H對固態(tài)級分進(jìn)行預(yù)處理，該化0H足W使纖維素水漿的pH從約4-7提高至 10-12。允許該堿性混合物陳化數(shù)秒至1小時，并再次通過起始于盤式娠磨機(jī)的系統(tǒng)來處理， 所述混合物在娠磨機(jī)中經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射，W機(jī)械分解纖維素結(jié)構(gòu)。隨后使 流態(tài)化的麥草經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈沖，而沒有使麥賴的組分 變性。使組合的混合物經(jīng)受壓縮力，W將料流分離成液體和20-60%纖維質(zhì)固態(tài)級分。將含有 半纖維素的液態(tài)級分添加到第一和第二級分中，并使其經(jīng)歷進(jìn)一步的處理。
[0062] 使用氧化劑過氧化氨處理固態(tài)級分，過氧化氨足W使纖維素水漿的抑從約10-12 降至8-10。允許該堿性混合物陳化數(shù)秒至1小時，并再次通過起始于盤式娠磨機(jī)的系統(tǒng)來處 理，所述混合物在娠磨機(jī)中經(jīng)受持續(xù)數(shù)秒的水或水蒸氣注射，W機(jī)械分解纖維素結(jié)構(gòu)。隨后 使流態(tài)化的麥草經(jīng)受持續(xù)1.5至3秒的高剪切力、伴隨1824至912次脈沖，而沒有使麥賴的組 分變性。對組合的混合物進(jìn)行篩選，并使其經(jīng)受壓縮力，W將料流分離成液體和20-60%纖維 素固態(tài)級分。保留含有木質(zhì)素的液態(tài)級分。隨后再次處理固態(tài)級分W升高pH，并將含有半纖 維素的液態(tài)級分添加到第一和第二級分中，并使其經(jīng)歷進(jìn)一步的處理。隨后使用氧化劑處 理固態(tài)級分，并再次運(yùn)行通過分級單元。將含有木質(zhì)素的液態(tài)級分添加到第一液態(tài)木質(zhì)素 級分中，并使用膜進(jìn)行進(jìn)一步分離。
[0063] 實施例2 在單個盤式精制機(jī)中將423克的干柳枝稷蒸汽活化W在約25%至50%的水時再水合，W 提供流態(tài)化或可流動狀態(tài)下的柳枝稷。柳枝稷中天然存在的簇酸（乙酸和甲酸)使P郵華至3 W下。使經(jīng)水合/活化的柳枝稷經(jīng)受壓縮力，W分離出半纖維素含量高的液體W及纖維素和 木質(zhì)素含量高的生物質(zhì)。隨后使半纖維素/液體經(jīng)受1至化D超濾膜，W將乙酸和甲酸作為滲 透物除去，W在所述方法中再使用。
[0064] 隨后使用Green Extraction Technology分級裝置使生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切 力，而沒有使木質(zhì)素變性和/或降解，所述裝置在2014年8月8號提交的美國申請?zhí)?4/454， 833中描述。在912至1824的脈沖下持續(xù)約15至約30秒來分級生物質(zhì)，W提供第一分級生物 質(zhì)和第一液態(tài)級分。使第一分級生物質(zhì)與基于水的0.3% w:w氨氧化鋼接觸，W使抑升到約9 W上。隨后使第一分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W將具有大多數(shù)剩余的半纖維素的第二液態(tài)級 分與纖維素和木質(zhì)素含量高的第二分級生物質(zhì)分離。
[0065] 隨后使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化，W將木質(zhì)素與纖維素分離。形成氧化混合物，且 其包含2000ml使用60g氨氧化鋼和300ml乙酸緩沖的3%過氧化氨。通過將2g碳酸鋼穩(wěn)定劑和 15mg粉末狀儘氨基酸馨合物催化劑混合形成催化劑/穩(wěn)定劑混合物。將粉末狀催化劑/穩(wěn)定 劑混合物施加到第二分級生物質(zhì)中，并隨后使其與液態(tài)氧化混合物接觸，并氧化60分鐘。使 用帶有攬拌的雙螺旋壓力機(jī)使經(jīng)氧化的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W提供具有小于7%的 木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第=分級生物質(zhì)和水溶性木質(zhì)素含量高的第=液態(tài)級分。隨 后使用1500 ml過氧化氨和相同量的氧化混合物的其它組分和催化劑/穩(wěn)定劑混合物使第 Ξ分級生物質(zhì)再次氧化60分鐘。隨后使經(jīng)氧化的第Ξ分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W提供具有 小于7%的木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第四分級生物質(zhì)和木質(zhì)素含量高的第四液態(tài)級分。 隨后重復(fù)整個氧化過程，使用1000ml過氧化氨氧化120分鐘，并隨后經(jīng)受壓縮力，W提供具 有小于5%的木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第五分級生物質(zhì)。
[0066] 圖3A和3B中提供了第Ξ分級生物質(zhì)的DSC，注意到圖3B圖示了歸因于乙酸的存在， 纖維素已被乙酷化。
[0067] 實施例3 在單個盤式精制機(jī)中將423克的干麥賴蒸汽活化W在約25至50%的水時再水合，W提供 處于流態(tài)化或可流動狀態(tài)下的柳枝稷。麥賴中天然存在的簇酸（乙酸和甲酸)使抑降至3W 下。使水合/活化的麥賴經(jīng)受壓縮力，W分離出半纖維素含量高的液體和纖維素和木質(zhì)素含 量高的生物質(zhì)。隨后使半纖維素/液體經(jīng)受1至化D超濾膜，W將乙酸和甲酸作為滲透物除 去，W方法中的再使用。
[0068] 隨后使用Green Extraction Technology分級裝置使生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切 力，而沒有使木質(zhì)素變性和/或降解，所述裝置在2014年8月8號提交的美國申請?zhí)?4/454， 833中描述。在912至1824的脈沖下持續(xù)約15至約30秒來分級生物質(zhì)，W提供第一分級生物 質(zhì)和第一液態(tài)級分。使第一分級生物質(zhì)與基于水的0.3% w:w氨氧化鋼接觸，W使抑升到約9 w上。隨后使第一分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，w將具有大多數(shù)剩余的半纖維素的第二液態(tài)級 分與纖維素和木質(zhì)素含量高的第二分級生物質(zhì)分離。
[0069] 隨后使第二分級生物質(zhì)經(jīng)受氧化，W將木質(zhì)素與纖維素分離。形成氧化混合物，且 其包含2000ml使用60g氨氧化鋼和300ml乙酸緩沖的3%過氧化氨。通過將2g碳酸鋼穩(wěn)定劑和 15mg粉末狀儘氨基酸馨合物催化劑混合形成催化劑/穩(wěn)定劑混合物。將粉末狀催化劑/穩(wěn)定 劑混合物施加到第二分級生物質(zhì)中，并隨后使其與液態(tài)氧化混合物接觸，并氧化60分鐘。使 用帶有攬拌的雙螺旋壓力機(jī)使經(jīng)氧化的第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W提供具有小于7%的 木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第=分級生物質(zhì)和水溶性木質(zhì)素含量高的第=液態(tài)級分。隨 后使用1500 ml過氧化氨和相同量的氧化混合物的其它組分和催化劑/穩(wěn)定劑混合物使第 Ξ分級生物質(zhì)再次氧化60分鐘。隨后使經(jīng)氧化的第Ξ分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，W提供具有 小于7%的木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第四分級生物質(zhì)和木質(zhì)素含量高的第四液態(tài)級分。 隨后重復(fù)整個氧化過程，使用1000ml過氧化氨氧化120分鐘，并隨后經(jīng)受壓縮力，W提供具 有小于5%的木質(zhì)素含量的纖維素含量高的第五分級生物質(zhì)。
[0070] 分析麥賴分級生物質(zhì)的百分比木質(zhì)素接觸、卡伯值和纖維質(zhì)量。結(jié)果提供在表1 中。
[0071] 表1
[0072] 實施例4 使用野燕麥重復(fù)實施例3。分析野燕麥分級生物質(zhì)的木質(zhì)素接觸和卡伯值。結(jié)果提供在 表2中。
[0073] 表 2
[0074] 實施例5 重復(fù)實施例2,除了使用1000 ml過氧化氨使氧化的第五分級生物質(zhì)再次經(jīng)受氧化。隨 后使該紙漿與北方漂白針葉木硫酸鹽漿（"NBSK")W80%本發(fā)明的紙漿/20%NBSK共混物組 合，向其中添加8%碳酸巧。將其制成紙，W模擬噴墨型紙。
[00巧]實施例6 重復(fù)實施例3,除了使用1000 ml過氧化氨使氧化的第五分級生物質(zhì)再次經(jīng)受氧化。隨 后使該紙漿與北方漂白針葉木硫酸鹽漿（"NBSK")W80%本發(fā)明的紙漿/20%NBSK共混物組 合，向其中添加8%碳酸巧。將其制成紙，W模擬噴墨型紙。
[0076]表3提供市售的噴墨型紙相對于根據(jù)實施例5和6制備的紙的試驗。
[0077]運(yùn)顯示與對照紙相比較，本發(fā)明的紙具有顯著更高的強(qiáng)度和初性，歸因于使用本 發(fā)明的方法避免了使纖維素變性和/或降解。
[0078]雖然用于說明的目的已公開了本發(fā)明經(jīng)選擇的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將 意識到可能進(jìn)行各種修改、添加和替換，而不偏離如在所附權(quán)利要求書中所公開的本發(fā)明 的范圍和精神。
【主權(quán)項】
1. 用于提供從生物質(zhì)離析的纖維素的方法，所述方法包括： a) 對所述生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理； b) 使所述經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)經(jīng)受高頻脈沖和剪切力，而不使所述生物質(zhì)的個體組分 變性和/或降解； c) 使所述生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第一液態(tài)級分與第一分級生物質(zhì)分離； d) 使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受條件以使pH升至9以上，并隨后使所述生物質(zhì)經(jīng)受與步 驟b)相同的高頻脈沖和剪切力； e) 使所述第一分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以將第二液態(tài)級分與第二分級生物質(zhì)分離，其 中所述第二分級生物質(zhì)大體上無半纖維素和糖； f) 使所述大體上無半纖維素和糖的第二分級生物質(zhì)在7以上的pH下經(jīng)受氧化;和 g) 使所述第二分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以從所述第二分級生物質(zhì)中分離一種或更多種 水溶性組分，以提供包含纖維素的第三分級生物質(zhì)，所述纖維素大體上無半纖維素、糖和木 質(zhì)素。2. 權(quán)利要求1所述的方法，在步驟e)之后進(jìn)一步包括： 使所述第二分級生物質(zhì)再次經(jīng)受條件以使pH升至9以上，并使所述第二分級生物質(zhì)經(jīng) 受壓縮力，以從所述第二生物質(zhì)中分離一種或更多種水溶性組分。3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中在環(huán)境溫度至約60°C下進(jìn)行所述步驟。4. 權(quán)利要求1所述的方法，在步驟g)之后進(jìn)一步包括： h) 使所述第三分級生物質(zhì)在7以上的pH下經(jīng)受氧化;和 i) 使所述第三分級生物質(zhì)經(jīng)受壓縮力，以從所述生物質(zhì)中分離一種或更多種水溶性組 分，以提供包含纖維素的第四分級生物質(zhì)，所述纖維素大體上無半纖維素、糖和木質(zhì)素。5. 具有小于7%木質(zhì)素的纖維素，其未由于極端溫度、壓力或化學(xué)條件而變性和/或降 解。6. 通過權(quán)利要求1所述的方法制備的具有小于7%木質(zhì)素的纖維素，其未由于極端溫度、 壓力或化學(xué)條件而變性和/或降解。7. 紙或紙制品，由權(quán)利要求5所述的纖維素制備。8. 用于提供從生物質(zhì)離析的纖維素的方法，包括使生物質(zhì)經(jīng)受條件以從所述生物質(zhì)中 分離纖維素，以提供包含纖維素和木質(zhì)素的級分，而不使所述纖維素變性或降解，并隨后氧 化所述級分以提供具有小于7%木質(zhì)素的纖維素。
【文檔編號】C12P19/04GK105980630SQ201580002207
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】M.G.米切爾
【申請人】綠色萃取技術(shù)有限公司