一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器及方法与流程

本发明涉及木质纤维素类生物质，更具体地涉及一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器及方法。

背景技术：

1、木质纤维素类生物质能源是地球上最简单易得、产量最大和分布最广的生物质资源。木质纤维素中含有纤维素和半纤维素等碳水化合物，可以用于制备生物乙醇。制备过程涉及原料的预处理、酶水解、微生物发酵和蒸馏等工艺流程。在植物细胞壁中，纤维素构成细胞壁的骨架结构，以高度结晶的有序结构微纤丝状态存在于细胞壁中，半纤维素和木质素像水泥一样包裹在纤维素的周围，形成了抵抗微生物和酶降解的屏障，这给木质纤维素的综合利用带来极大困难。因此，需要一定的预处理打破这层屏障，增加酶与纤维素的可及性，增加酶解效率，提高糖的得率。

2、光催化反应因其具有强氧化性、光谱性和绿色环保等特点，一直被认为是极具潜力的处理难降解有机物的技术之一。其工艺流程相对简单，在常温和常压下运行，能够满足近年来对环境友好的预处理要求。二氧化钛(tio2)作为商业上常用的光催化剂，在木质纤维素预处理中，过程中产生的·oh能够对秸秆中的木质素进行氧化降解，破坏其结构，加快半纤维素的溶解。超声预处理是木质纤维素常用的预处理方法，具有方便、快捷，清洁等特点。超声的机械作用会破坏木质纤维素结构，此外，超声产生的空化作用会生成·oh、ho2·等强氧化物质，已有相关研究将两者结合起来应用于有机废水的研究，并证实了声光联合技术具有明显的协同效应。用超声协同光催化技术应用于预处理木质纤维素时，存在木质纤维素原料及催化剂混合难以分离的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器及方法。

2、本发明采用的具体方案为：一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其所述反应器包括反应箱，所述反应箱内设置反应池，所述反应池内部设置波轮盘，所述反应池中部设置网筛，所述网筛内部设置石英玻璃管，所述石英玻璃管内部设置紫外灯，所述网筛中部设置超声探头；所述反应池顶部设置反应池盖子，所述反应池盖子上设置超声探头孔、紫外灯孔、波轮盘电源线孔。

3、所述超声探头孔设置在所述反应池盖子的中部。

4、所述紫外灯孔的个数为三个，均布与所述反应池盖子上。

5、所述反应池的池体为带夹层的箱体，所述池体顶部设置冷却水进口管与冷却水出口管。

6、所述波轮盘设置在反应池的底部。

7、所述紫外灯与紫外灯控制器连接，所述紫外灯控制器上设置在所述反应箱的外部。

8、所述超声探头与超声换能器连接。

9、所述反应箱内设置升降台，所述升降台上设置反应池。

10、所述反应箱内壁设置隔音棉；所述隔音棉外设置防辐射材料层；所述木质纤维素粒径大于网筛粒径，催化剂粒径小于网筛粒径，网筛为孔径为200-500目的圆柱形筛网。

11、另一方面，本发明提供一种超声协同光催化预处理木质纤维素的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、将木质纤维素原料与光催化催化剂加入到筛网中；步骤二、并在反应池中加入反应介质；步骤三、盖上反应池盖子，打开紫外灯、超声探头、波轮盘，进行预处理实验；步骤四、待反应结束后，将反应池取出，拿出筛网，沥干水分，筛网里面为预处理后的木质纤维素原料，将其用清水洗去附着在表面的催化剂，然后烘干，待后续酶解使用。

12、本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

13、本发明提供一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，反应器包括反应箱，反应箱内设置反应池，反应池内部设置波轮盘，反应池中部设置网筛，网筛内部设置石英玻璃管，石英玻璃管内部设置紫外灯，网筛中部设置超声探头；反应池顶部设置反应池盖子，反应池盖子上设置超声探头孔、紫外灯孔、波轮盘电源线孔。本发明所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器能够在反应结束后，利用网筛有效分离木质纤维素原料及催化剂，便于后续催化剂的回收利用。

技术特征：

1.一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述反应器包括反应箱(1)，所述反应箱(1)内设置反应池(3)，所述反应池(3)内部设置波轮盘(11)，所述反应池(3)中部设置网筛(4)，所述网筛(4)内部设置石英玻璃管(5)，所述石英玻璃管(5)内部设置紫外灯(6)，所述网筛(4)中部设置超声探头(7)；所述反应池(3)顶部设置反应池(3)盖子，所述反应池(3)盖子上设置超声探头孔(6-2)、紫外灯孔(6-1)、波轮盘电源线孔(6-3)。

2.根据权利要求1所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述超声探头孔(6-2)设置在所述反应池(3)盖子的中部。

3.根据权利要求2所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述紫外灯孔(6-1)的个数为三个，均布与所述反应池(3)盖子上。

4.根据权利要求3所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述反应池(3)的池体为带夹层的箱体，所述池体顶部设置冷却水进口管(3-1)与冷却水出口管(3-2)。

5.根据权利要求4所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述波轮盘(11)设置在反应池(3)的底部。

6.根据权利要求5所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述紫外灯(6)与紫外灯(6)控制器连接，所述紫外灯(6)控制器上设置在所述反应箱(1)的外部。

7.根据权利要求6所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述超声探头(7)与超声换能器(7-1)连接。

8.根据权利要求7所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述反应箱(1)内设置升降台(7-2)，所述升降台(7-2)上设置反应池(3)。

9.根据权利要求8所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，其特征在于，所述反应箱(1)内壁设置隔音棉，所述隔音棉外设置防辐射材料层；所述木质纤维素粒径大于网筛(4)粒径，催化剂粒径小于网筛(4)粒径，网筛(4)为孔径为200-500目的圆柱形筛网。

10.一种超声协同光催化预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-9任一项所述的超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器实现，所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及木质纤维素类生物质预处理领域，公开了一种超声协同光催化预处理木质纤维素的反应器，所述反应器包括反应箱，所述反应箱内设置反应池，所述反应池内部设置波轮盘，所述反应池中部设置网筛，所述网筛内部设置石英玻璃管，所述石英玻璃管内部设置紫外灯，所述网筛中部设置超声探头；所述反应池顶部设置反应池盖子，所述反应池盖子上设置超声探头孔、紫外灯孔、波轮盘电源线孔。本发明解决了现有技术中，存在木质纤维素类生物质原料及催化剂混合难以分离的问题。

技术研发人员：陆佳,苏小红,尤宏梅,王欣,刘伟,周闯,秦国辉,王玉鹏,许芯蕊
受保护的技术使用者：黑龙江省能源环境研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13