流通加压热水液化木质生物质.pdf

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1、第26卷2010焦第3期3月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVr01．26No．3Mar．2010289流通加压热水液化木质生物质吕欣1，一，坂志朗2(1．西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌712100：2．京都大学能源研究科，日本京都606-8501)摘要：在160～280。C温度范围内，10MPa，10mL／min条件下，考察了反应温度对木粉溶解百分比、水溶解部分中半纤维素来源糖类、纤维素来源糖类及降解产物生成的影响，研究了流通加压热水液化生物质的过程。随着温度的升高，木粉溶解百分比逐渐增大，280"C条件下，96．5％的术粉可溶解于水中。水溶解部分中，半纤维素

2、来源糖类和纤维素来源糖类均随温度升高而增大，并分别在250℃和280’C时达最大值，降解产物5．羟甲摹糠醛产率和糠醛产率也随温度升高而增大。同时，采用x射线衍射分析水不溶性残渣发现，随着处理温度的升高，残渣相对结晶度逐渐升高，但当温度达到280"(2时，相对结晶度骤然下降且(002)晶面衍射峰消失，表明纤维素结晶结构被彻底破坏。残渣的傅立叶红外光谱分析表明，半纤维素在250℃即被完全水解；280"C时，半纤维素和纤维素特征峰均消失，残渣特征峰主要为木质素来源芳香环。研究表明，流通加压热水可以用于木质生物质的全水解来获取糖类。关键词：生物质，液化，水解，生物燃料doi：10．3969／j．iss

3、n．1002—6819．2010．03．049中图分类号：$216文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)-03-0289-05吕欣，坂志朗．流通加压热水液化木质生物质[J]．农业工程学报，2010，28(3)：289--293．LfiXm，SakaShim．Liquefactionofwoodybiomassbyflowthroughhot-compressedwamiYJ．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：289--293．(inChinesewi也Englishabstract)0引言化石资源的不可持续性及其使用所带来的温室气体排放，推动了生

4、物质能源等替代能源的研究【l】。其中，燃料乙醇是主要的生物质能源之一。目前，生产燃料乙醇的原料主要有：以玉米为代表的粮食原料、以甘蔗为代表的糖基原料和以秸秆等为代表的纤维质原料。但是，因粮食基和糖基原料也是人类食物和动物饲料来源，所以难以满足燃料乙醇需求的快速增长【2】。因而，由农林废弃生物和城市有机垃圾等纤维质原料生产有用化学物质及生物能源被越来越多地关注[3-4]。中国农林废弃物中，林业加工过程产生的木质废弃物约2400万m3，各种天然薪材的提供量为1．4亿t，陆地林木生物质资源总量在180亿t以上，林业可用生物质资源储量巨大l引。但林业废弃物等纤维质生物质是复杂的纤维素、半纤维素和木质素

5、的聚合物，要分离其中的碳水化合物用于后续发酵过程，需要将3种大分子分离并适度降解，这一过程称为预处理。目前已有的预处理方法有酸处理、碱处理、蒸汽爆破等，其中酸水解的研究最为广泛和深入【6J。但由于这些方法存在水解物发酵抑制、环境污染等问题，亟待环境友好、高效的预处理方法。将超临界水作为反应介质，利用超临界水的特殊性质预处理、液化和气化生物质，近年来引起了广泛关注【7母】，其中气化生物质的研究报道较多f10】，而对液化过程则报道较少。笔者已对间歇加压热水用于生物质水解收稿日期：2007．07—19修订日期：2010．2．10作者简介：吕欣(1975一)，男，上海人，博士，副教授，主要从事生物质能

6、源的研究。杨凌西北农林科技大学食品科学与工程学院，712100的过程进行了初步研究，研究表明，间歇条件下，温度高于200。C，随反应时间的延长，糖类降解物(糠醛和5．羟甲基糠醛)的生成显著增加，而在低于200℃条件下，则有利于糖类物质的回收【111。相比间歇处理，流通处理过程的降解反应少，糖收率耐12】，但流通处理过程中，水溶解部分中糖类的分布及水不溶残渣结构变化还鲜有报道，本文考察了流通型加压热水用于水解生物质过程中，温度对水溶解部分中半纤维素来源糖类、纤维素来源糖类和降解产物产率的影响，同时对不同温度条件下水不溶性残渣的结构变化进行了探讨，以期获得对流通加压热水液化木质生物质的新认识。1材

7、料和方法1．1材料山毛榉树，粉碎并过1眦筛，采用乙醇一苯(1：2)法萃取，得到脱脂木粉，105℃下干燥至恒质量，备用。原始木粉含半纤维素29％，纤维素45％，木质素26％。1．2流通加压热水液化生物质采用如图1所示流通型加压热水水解处理试验装置。将500mg木粉放入反应器中，反应温度160～280℃，压力10MPa，流速10mL／min，反应时间20min，反应时间从反应器内温度达到设定温度起开始