一种净化、回收和浓缩木质纤维素预水解液中糖分的方法

本发明涉及应用纳滤技术对木质纤维素预水解液中的糖分进行回收、浓缩和毒性抑制物进行去除的方法。通过下述方案予以实现：首先调节木质纤维素预水解液的pH值至2.0～5.0并经过滤预处理以去除悬浮性的杂质；然后采用纳滤膜进行糖分浓缩和抑制物去除，葡萄糖、木糖等糖分被纳滤膜截留，弱酸性抑制物(甲酸、乙酸、乙酰丙酸等)、糠醛类抑制物(糠醛、5-羟甲基糠醛等)则不断透过纳滤膜，除去预水解液中的各种抑制物和浓缩预水解液中的各种糖分，以实现预水解液中糖分的净化、回收和浓缩，提高糖分的可发酵性。本发明操作简单安全、高效节能、易于连续生产，纳滤具有净化、回收和浓缩三重效果，可实现工业化生产。

1.一种应用纳滤技术对木质纤维素预水解液进行糖分浓缩和抑制物去除的方法，其特征是：首先调节木质纤维素预水解液的pH值至2.0～5.0并对木质纤维素预水解液进行过滤预处理以去除悬浮性的杂质；然后再用纳滤膜组件对预处理得到的透过液进行纳滤操作，预水解液中的糖分被纳滤膜截留，而弱酸性抑制物(甲酸、乙酸和乙酰丙酸)、糠醛类抑制物(糠醛、5-羟甲基糠醛)则不断透过纳滤膜，除去预水解液中的各种抑制物和浓缩预水解液中的糖分，实现预水解液中糖分的净化、回收和浓缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于制得木质纤维素预水解液的的木质纤维素预处理方法包括稀酸等化学预处理、双氧水等氧化预处理、蒸汽爆破等理化预处理、酒精等有机溶剂预处理等各种预处理方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于木质纤维素预水解液中甲酸、乙酸和乙酰丙酸等弱酸性抑制物的浓度为0.1～50g/L；糠醛和5-羟甲基糠醛等糠醛类抑制物的浓度为0.1～50g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于木质纤维素预水解液中木糖和葡萄糖的浓度为2～100g/L；阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖和甘露糖的浓度为0.1～40g/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于过滤预处理方法包括砂滤、微滤等，其中优选微滤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于纳滤操作方式是浓缩-洗滤相结合或洗滤-浓缩相结合的方式，当木质纤维素预水解液中糖浓度较低时，采用浓缩-洗滤的操作方式；而当木质纤维素预水解液中糖浓度较高时，则采用洗滤-浓缩的操作方式。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于微滤预处理所用的微滤膜的孔径为0.22～1.0微米。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于浓缩-洗滤相结合的操作方式，是将木质纤维素预水解液进行微滤等预处理，得到的透过液泵入纳滤组件，直至截留液体积浓缩至原经预处理后得到的透过液体积的1/4～2/3时停止操作，此时开始不断地向纳滤得到的截留液中加水，控制加水速率使之与纳滤组件的透过膜通量相等，直至纳滤得到的截留液中甲酸、乙酸和乙酰丙酸等酸性抑制物的浓度小于1.0g/L、糠醛和5-羟甲基糠醛等糠醛类抑制物的浓度小于0.5g/L时停止操作；所述的洗滤-浓缩相结合的操作方式，是将木质纤维素预水解液进行微滤等预处理，得到的透过液泵入纳滤组件，同时不断的向经微滤等预处理得到的透过液中加水，控制加水速率使之与纳滤组件的透过膜通量相等，直至微滤等预处理透过液中甲酸、乙酸和乙酰丙酸等酸性抑制物的浓度小于0.6g/L、糠醛和5-羟甲基糠醛等糠醛类抑制物的浓度小于0.3g/L时停止加水，继续纳滤操作直至微滤等预处理透过液的体积浓缩至1/5～4/5时停止操作。
9.根据权利要求1、6或8所述的方法，其特征在于纳滤操作中所用的纳滤膜组件的截留分子量为90～400Da；所述的纳滤膜组件形式为卷式、管式或平板式；纳滤膜材料为醋酸纤维素、磺化聚砜、聚酰胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇。
10.根据权利要求1、6、7或8所述的方法，其特征在于纳滤操作中的操作温度为20～50℃，压力为0.4～4.0MPa；所述的微滤操作中的操作温度为20～50℃，压力为0.1～0.2MPa。