木质纤维素乙醇的研究

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1、木质纤维素乙醇的研究摘要：木质纤维原料作为一种可转化为液体燃料的可再生资源，其转化利用已成为必然趋势，而木质纤维原料的预处理是利用木质生物资源生产乙醇的一个重要环节。文章阐述了木质纤维原料的常用预处理技术，并对其发展前景作了展望。关键词：木质纤维；预处理；进展ResearchstatusoflignocellulosePretreatmentTechnologyAbstract：Lignocellulosicmaterialsasoneofthemostabundantreproducibleresourcesanditsusingisbecomingannecessitytrend.Thep

2、retreatmenttechnologyisthekeyprocessinthelignocellulosestransformation.Thisreviewdiscussesmanywaysofpretreatmentandforecastsitsprospect.Keywords：lignocelluloses;pretreatment;researchstatus木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，也是当前利用率最低的资源，据统计，目前的秸秆利用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6%，其余大部分只是作为燃料等直接利用，开发前景非常广阔。[1]因此，在煤，石油，天然气等不可

3、再生资源日益减少的今天，如何使纤维素得到更有效地利用，是各国新资源战略的重点。在中国，燃料乙醇主要原料是玉米和小麦，随着燃料乙醇的快速的发展，原料问题日益突出，成为制约燃料乙醇的发展的瓶颈，并且有可能引发国家粮食安全问题。中国可利用的木质纤维素每年在7亿吨左右，这些丰富而廉价的自然资源主要来源于农林业废弃物、工业废弃物和城市废弃物。所以，纤维素乙醇是未来发展的必然方向。一．木质纤维素原料组成及性质木质纤维素是由纤维素、半纤维素、木质素和少量的可溶性固形物组成。纤维素大分子是由葡萄糖脱水，通过β-1,4葡萄糖苷键连接而成的直链聚合体。分子量约50000～2500000，相当于300～15000个

4、葡萄糖基脱水葡萄糖。由于来源的不同，纤维素分子中葡萄糖残基的数目，即聚合度（DP）在很宽的范围。分子式可写作（C6H10O5）n。[2]在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作用下，纤维素的水解反应才显著进行。常用的催化剂是无机酸或纤维素酶，由此分别形成了酸水解和酶水解工艺。半纤维素是由不同的多聚糖构成的混合物，这些多聚糖由不同单糖聚合而成，有直链也有支链，上面连接有不同数量的乙酰基和甲基。半纤维素的水解产物主要有己糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、戊糖和阿拉伯糖等几种不同的糖。半纤维素的聚合度较低，相对比较容易降解成单糖。二者的水解机理可以用下列方程式简单地表示：(C6H10O5)

5、n+nH2O→nC6H10O6(C5H804)n+nH2O→nC5H10O5木质素含有丰富的酚羟基。醇羟基，甲氧基和羰基等活性官能团，可以发生养化，还原，磺甲基化，烷氧化和羟基化等改性反应，通过木质素的改性和综合利用，可提取许多附加值高的化学产品，为提高木质素纤维素生产燃料乙醇的经济性开辟了新的途径。二．自1990年以来，Webofscience数据库收录的纤维素碱预处理，纤维素酸预处理和同步糖化法发酵发酵法生产乙醇的文献分别为100，461和238篇，论文数量总体上呈现出平稳增长的态势，纤维素碱预处理，纤维素酸预处理和同步糖化发酵发生产乙醇三者的研究文献句增长明显[3],如图所示:木质纤维素

6、的预处理技术1物理方法常用的物理方法有剪切和研磨，高温液态法，高温分解等。1.1剪切和研磨Stuart[4]等发明了一种特殊的纤维素浆的高速剪切装置，可有效破坏纤维素与木质素和半纤维素的物理、化学结合，并显著降低纤维素大分子的结晶度，提高比表面积。研磨的方法有球磨、锤磨等，比较有效的是球磨。1946年有人用球磨制得了完全无定形结构的纤维素，但这种结构很不稳定，很快又重新形成晶态结构，这也是机械物理方法常有的弊端。球磨可使纤维素的结构松散和使微纤中和微纤间晶区间存在的氢键断裂[5]。使用三轮球磨处理木质纤维素，对糖化反应极为有效。但存在的问题是，机械处理方法的能耗很高，这无疑增加了生产成本。1.

7、2高温液态法液态热水法是指将物料置于高压状态的热水中，温度为200～230℃，处理物料2～15min使物料的40%~60%溶解，可除去4%~22%的纤维素，35%~60%的木素以及所有的半纤维素。[6]用酸水解生成的糖液，可使以单糖形式存在的半纤维素的回收率高于90％，并且，可使活性纤维转化率高达90％，但只能在较低固体含量（≦20％）下对物料进行处理，因此能耗较大，生产效率较低[7]。1.3高温