生物质稀酸水解技术研究进展

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1、第26卷第4期吉林化]：学院学报VoI．26No．42009年8月JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYAug．2009文章编号：1007-2853(2009)044)029-06生物质稀酸水解技术研究进展李琰，任秀珍，亓伟，孙秀云，张素平(1．华东理工大学生物质能源研究中心，上海200237；2．辽宁石油化大学环境与生物王程院，辽宁抚顺113001；3．中国科学院广州能源研究所，中国科学院可}=f}生能源与天然气水合物重点实验窜，广东广卅l510640；4．吉林化工学院化学与制药工程学院，古林吉林132022)摘要：木质纤维素类

2、生物质稀酸水解技术的发展已有半个多世纪的历史了，它是纤维素制乙醇技术中的关键．论述了稀酸水解技术的发展历史和研究现状，并对反映稀酸水解技术发展的几种反应器做了详细的阐述和对比．最后展望了稀酸水解技术未来的发展方向．关键词：木质纤维素类生物质；稀酸水解；反应器中图分类号：TQ517．5文献标识码：B石油、天然气和煤等不可再生的化石类燃料随Cellulose—————Glucose—————Decomposedprod—着人类社会的大量消耗而逐渐趋于枯竭，开发新的ucts可替代能源成为各国学者关注的热点问题．木质纤反应常数由阿伦尼乌斯方程表示，即维素类生物质包括农业生产的废弃物和剩

3、余物(如k=k0[]exp(一E／RT)，农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林木(软木和硬其中指前因子[Ar用来表示酸对反应常数的木)及林业加工废弃物、草类等，是地球上最丰富的影响．1表示水解反应，i=2表示降解反应，n是可再生资源¨J．利用木质纤维素类生物质生产燃料酸指数，[A]是酸浓度，E是反应的活化能．从公式和化学品可以有效的减少温室气体的排放，改善空可以看出反应常数是酸浓度和温度的函数．气质量，减少固体废弃物的处理，满足对能源需求图1是典型的纤维素水解动力学曲线J，所的不断增加，保证国家能源安全，减少石油进口，增用硫酸浓度为1％．由于水解反应的活化能要高加就业，具有深远

4、的意义．于降解反应的活化能，所以提高反应温度对水解木质纤维素类生物质(干基)中大约40％～反应更为有利，葡萄糖得率也就越高．50％是由葡萄糖聚合而成的纤维素，其中大部分属于晶体结构．25％～35％是半纤维素，由多种单糖聚合而成，包括阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖等，属于非晶体结构．其他的成分主要是木质素．木质纤维素类生物质只有在催化剂存在的情况下才能发生水解，酸水解可以直接将木质纤维素水解产生单糖，也可作为酶水解的预处理方法，而且具有较好的可操作性和经济可行性．t，mln图1糖得率随时间变化的曲线1纤维素的稀酸水解大部分的动力学研究是以这个模型为基础的，并且和实验数据较

5、为吻合．大多数研究者是以纤维素稀酸水解一般认为是两个连续的一级硫酸作为催化剂，只有很少的一部分研究是基于反应：其他的酸，例如盐酸、磷酸、硝酸¨．盐酸的水收稿日期：2009—07—15基金项目：国家高技术研究发展计划(863)，No．2007AA100702—5，No．2009AA05ZA36．作者简介：李琰(1983一)，男，北京人，华东理工火学在滨硕士，主要从事生物质制取液体燃料方面的研究通讯作者：张素平，E—mail：zsp@tcnstedu．(311，Tel：021—6425708330古林化工学院学报解效果虽然优于其他的酸，但是其强腐蚀性和难除去的氯离子使得盐酸逐渐趋于

6、淘汰．兰兰。()三X(xyloso)土20世纪60年代以前，稀酸水解反应条件的考察多局限在酸浓度在0．5％一2．0％，温度在170℃Dfdec：mposed1，H。，H分别代表易水解的半纤维一200cI=之间．20世纪80年代开始，随着新型反应器的开发，承受更高的压力和腐蚀性，并能精确素和难水解的半纤维素．控制很短停留时间的反应釜出现，很多实验室将反应初始阶段，在酸的攻击下，聚合度较高的反应温度提高到200℃以上．2O世纪80年代末半纤维素长链随即断裂成聚合度较低的低聚体，期，已经有人将研究的温度范围提高到230℃，在这些低聚体再水解成单体，同时在酸水解条件下，如此高的温度下，

7、研究者通常使用很低的酸浓度单糖会继续降解为其他物质，所以，总的水解过程(ELA，超低酸)，这主要是把反应的最佳停留时间是一个逐渐解聚，平均分子量不断减少的过程．反能够控制在可操作的范围内．JunSeokKim等u2j应过程中生成的低聚糖聚合度不尽相同，并且它们的水解速度也随着聚合度的不同而各异．非还使用质量分数为0．07％的超低酸水解黄杨木，在原性末端的聚合体水解速度要比其他的聚合体水205℃，220℃，235℃的温度下分别获得了87．解速度快¨引．各种聚合度的低聚糖浓度是无法准5％，90．