木质纤维素类生物质的应用和预处理研究进展

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1、食品加工新疆农垦科技2011年第4期木质纤维素类生物质的应用和预处理研究进展12211李冀新，王京奎，康小文，赵志永，武冬梅（1.新疆农垦科学院，新疆石河子832000；2.烟台万华聚氨酯股份有限公司）[2]摘要：本文总结分析了我国木质纤维素类生物质的利用阳能，在生物体内以化学能的形式存在，这种能源方式、预处理方式和水解动力学，并详细介绍了几种现在比是取之不尽、用之不竭的，同时也是唯一一种可再生较热门的处理方法，包括稀酸处理法、高温液态水法和固体的碳源。生物质能利用技术呈现出多元化的趋势，可酸催化法。稀酸在酶水解预处理中得到了广泛的应用，稀酸大体分为三种：直接燃烧技术、热化学转换技术和生的脱木

2、质素作用较弱，但是半纤维素的溶出率高；高温液态物化学转化技术。水预处理技术具有无需添加化学试剂、降解产物少等优势；直接燃烧技术主要包括炉灶燃烧和锅炉燃烧技固体酸催化法可以在较低的反应温度下实现纤维素的水解，术，在今后相当长的一段时间内仍将是我国生物质并且催化剂可以回收利用。最后对各种预处理技术在木质纤[2]能利用的主要方式。热化学转换技术是在一定温维素糖化领域中的研究和应用前景进行了展望。度等条件下，使生物质气化、炭化、热解和催化液化，关键词：木质纤维素类生物质；预处理；稀酸；高温液态[3]水；固体酸以生产气态燃料、液态燃料和其他化学品的技术。生物化学转化技术是利用生物化学技术将生物质转1引言

3、化为甲烷、氢气、乙醇、丁醇和生物柴油等燃料及化[4-5]我国是农业资源非常丰富的国家，农作物秸秆学品的过程。年产量接近7亿t，而农业加工业的废弃物则高达3预处理技术8000多万t[1]。考虑到农作物秸秆可获得性特点，预目前木质纤维素类生物质预处理技术主要包括[6]计中国农业生物质资源可转化为能源的农作物秸秆热处理方法、化学处理方法和生物处理方法等，其资源量约为3亿t，折合标准煤为1.5亿t。据不完全中热处理是只利用高温水或者是蒸汽对木质纤维素统计，中国每年可以从林木采伐和木材加工过程中进行预处理的方法，反应温度一般在150～220℃之获得约4000万m3的剩余物。在可持续发展思想指间，在这个过

4、程中主要是大部分的半纤维素和部分导下，生物质能被赋予新的内涵，作为唯一可储存和的木质素被去除，目前研究比较热门的两种方法是可运输的可再生能源，其高效转换和洁净利用受到高温液态水法和蒸汽爆破。化学处理法包括酸法、碱全世界的高度重视。生物质能源领域中，燃料乙醇是法和有机溶剂法。最具发展潜力的品种之一，该技术的成功研发不仅高效的预处理技术要求能够：（1）提高原料的酶可缓解我国对进口原油的依赖，还有很好的经济效解率，降低酶解成本；（2）提高目标产物的收率和浓益，而且有利的保障了我们的能源安全和国民经济度，减少副产物的生成；（3）预处理过程环境友好而的快速持续发展，同时，成功研发该技术对我国的环成本低廉

5、等。目前研究最多和被认为最有可能实现境保护非常有利。工业大规模应用的预处理方法主要有稀酸处理法、本文对现有的生物质能研究状况进行考察，综高温液态水法和蒸汽爆破法。述了当前生物质能的利用方式，介绍了其反应过程3.1稀酸处理法和产品形式；以生物质生化转化制取燃料乙醇为核稀酸在酶水解预处理中得到了广泛的应用，对心，认为其生产过程中最关键的步骤是水解糖化环多种木质纤维素生物质采用稀酸去除半纤维素的方节，并对现有的技术现状进行了分析。法，大多数都有较好的效果。稀酸预处理技术通常采2生物质利用方式用质量浓度为0.3%~1.2%的硫酸，在110~220℃生物质能是指生物通过光合作用固定存储的太下处理一定时间

6、。半纤维素较易被水解生成单糖，纤·70·2011年第4期新疆农垦科技食品加工维残渣则形成多孔或溶涨型结构，有利于酶解的进催化剂多是起源于生物柴油用固体酸催化剂。[12]行。稀酸的脱木质素作用较弱，但是半纤维素的溶出SatoshiSuganuma等人利用碳基材料（微晶纤维率高，在稀酸浓度为0.2%时酶解率可提高到大于素）做催化剂载体，然后通过磺化反应将酸性基团90%，远远好于氨处理效果，研究表明半纤维素的溶负载到上面，制得具有酸性的碳基催化剂。考察了[7]出比木质素的脱除更有利于纤维素的酶解。固体酸催化纤维二糖和纤维六糖的水解情况，研究[8]Sakai等提出半纤维素分为快速水解部分和慢发现，在反

7、应温度90℃下水解20h后，纤维二糖可速水解部分，每一部分都有自己的动力学常数，同时以水解80%以上，纤维六糖可以水解40%以上。[13]他还认为，低聚糖降解为单糖的速度比它们形成的JifengPang等人也利用碳基催化剂对纤维素水解速度更快，但是低聚糖这一中间产物不应该被忽略。进行了研究，反应温度较高，在250℃时可以得到[9][14]Mok等在渗滤系统中，用0.2%~1.0%的稀硫酸于74.5