木质纤维素预处理技术研究进展

预处理木质纤维素是实现生物质转化为燃料乙醇的关键步骤,直接影响着木质纤维素水解效率和乙醇的生产成本。介绍了国内外几种木质纤维素预处理技术现状,评述了木质纤维素转化为乙醇的工艺特点和经济性,综述了几种极具经济潜力的预处理技术。     

纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的研究进展

木质纤维素生物质是价廉易得、来源丰富的可再生资源和能源,被纤维素酶转化后可以生产乙醇部分替代石油,这不仅有利于环境保护和资源再利用,而且可减少温室气体的排放和缓解化石能源的危机。纤维素酶成本的降低以及纤维素转化效率的提高是纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的关键。本文综述了纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的研究进展,主要包括纤维素酶的分类及其作用机制、纤维素酶的生产、木质纤维素生物质的预处理、纤维素酶的转化和糖化发酵乙醇工艺。     

木质纤维素类生物质转化生物乙醇预处理B2B工艺的发展研究

在能源问题日益紧张的时局下,寻求可再生的清洁能源成为目前亟待解决的关键问题,而乙醇燃料无疑是化石类能源的最佳替代能源。生物质转化为生物乙醇（简称B2B）工艺无论是从可行性、清洁性抑或是经济性来看都具有可大规模工业化应用的前景。基于木质纤维素物质来源广、成本低等特点,这类原料制备生物乙醇的研究取得了很大的进展。详细综述了木质纤维素类生物质转化生物乙醇中的预处理工艺进展和发展方向,并对各种预处理工艺的优缺点进行了论述,此外,对于双螺杆挤出爆破工艺也进行了详细阐释。     

生物质制乙醇预处理方法的研究进展

【目的】为应对日益严峻的能源和环境污染问题,综述了木质纤维生物质制备乙醇的原料预处理方法,为广大科研工作者提供了该研究领域的最新研究进展,展望了可再生木质纤维原料高值化利用的新思路和新技术.【方法】查阅了国内外生物质原料预处理制备生物乙醇的主要研究方法,并进行了归纳总结,提出各种预处理方法存在的优缺点.【结果和结论】利用可再生的木质纤维生物质发酵制取乙醇得到了广泛的研究,由于木质纤维原料结构复杂,直接转化效率低,木质素和半纤维素水解产物对纤维素水解和发酵具有明显的抑制作用.木质纤维原料预处理是提高乙醇得率的有效途径,通过预处理,去除植物细胞壁中木质素和半纤维素组分,降低木质素和半纤维素水解产物对后续乙醇发酵的抑制作用,同时降低纤维素结晶度,提高原料的多孔性,从而提高纤维素酶对纤维素的水解效率.     

木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展

化石燃料的持续开采与使用对环境产生了严重的负面影响，使得开发可再生清洁能源代替传统能源成为必然。木质纤维素是一种丰富的可再生资源，可转化为生物乙醇、氢气等生物质燃料，被认为是代替化石燃料的理想替代品。其中木质纤维原料转化为生物乙醇需经过预处理、酶水解以及微生物发酵这3个关键步骤，而纤维素酶水解通常会受到酶、水解条件、底物等诸多因素的影响。针对木质素对纤维素酶水解的影响研究进行综述，大量研究发现，木质素是纤维素酶水解过程中的主要抑制剂。木质素既可以吸附纤维素酶，与纤维素酶发生无效吸附；又可以作为物理屏障，阻碍酶对纤维素的生产性吸附。尽管通过预处理可以去除大部分的木质素，但依旧无法从根源上缓解木质素对纤维素酶水解的影响，研究木质素的结构单元对酶解效率的影响可能是当前生物乙醇转化中木质素在纤维素酶水解中的研究方向。     

白腐菌在木质纤维素酶解中的研究进展

木质纤维素是参与生物地球化学循环的重要组成物,生物酶解是实现其物质利用的有效途径.白腐菌(Phanerochaete chrysosporium)作为腐殖质寄生型真菌,是酶解园林生物质的模式菌种之一,已被广泛应用于生物降解领域.为更全面认识白腐菌对木质纤维素的酶解能力和研究现状,从酶活水平对白腐菌的酶解机制和适用条件进行综述,介绍该菌种在饲料生产、生物堆肥、生物预处理等方面的应用进展.构建以白腐菌为核心的酶解菌系是实现园林生物质快速降解、高效利用的有效途径.     

低过氧化氢浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆试验

生物质资源是地球上含量丰富的资源之一,生物质中蕴含着大量化学能。因此,高效地利用生物质资源能有效缓解当今世界承受的能源压力。但由于木质纤维素复杂的包裹结构很大程度上阻碍了生物质资源的能源化利用,所以学者们不断探索出更高效的处理方式来打破木质纤维素的复杂结构,便于其进一步转化利用。为提高玉米秸秆的综合利用率,降低预处理成本,采用低过氧化氢浓度的芬顿试剂对玉米秸秆进行预处理,以纤维素酶酶解后的还原糖产量和秸秆中木质素的相对含量变化来评价预处理效果;并通过傅立叶红外光谱(FTIR)、X-射线(X-Ray)等技术手段从官能团的变化、纤维素晶体的结晶度变化两方面对芬顿试剂预处理玉米秸秆的机理进行了进一步解析验证。结果表明:采用0.2mol·L-1的Fe2+、0.2%H2O2组合处理玉米秸秆24h,酶解72h后酶解液中还原糖的浓度是未处理秸秆的1.21倍,预处理后纤维素的结晶度下降7%,酸不溶木质素的相对含量下降16.27%。可见采用低浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆是一种有效的方法,且操作简单、反应时间短。     

木质纤维素类农业废弃物生物转化资源化研究进展

木质纤维素类农业废弃物生物质资源的合理利用,对减少环境污染、缓解能源危机具有重要意义。简述了国内外木质纤维素类生物质资源化利用技术,着重对木质纤维素类农业废弃物生产燃料乙醇、厌氧发酵产甲烷（CH4）和产氢（H2）领域研究进展进行了论述。     

液氨预处理对农作物秸秆化学结构及酶解效果的影响

  目的  探索液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)对生物质原料水解顽抗性和纤维素类生物质酶解效率的影响。  方法  采用LAT法对小麦Triticum aestivum秸秆(以下称麦秸秆)、高粱Sorghum bicolor秸秆、苜蓿Lotus corniculatus草及三者混合物(质量比为1∶1∶1)进行预处理,利用热重分析仪、傅里叶变化红外光谱仪、X-射线衍射仪和扫描电镜等对其预处理前后的化学结构变化进行表征,研究预处理温度和酶解时间对4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解转化率的影响。  结果  LAT预处理对生物质原料的化学结构影响显著。经LAT预处理后,葡聚糖、木聚糖和阿拉伯糖等化学组分的相对含量降低;氧(O)和氢(H)元素的相对含量降低,部分含氢(H)、氧(O)元素的官能团发生脱落;结晶度出现小幅下降,生物质表面孔隙结构增多,酶在生物质化学结构上的可及度增加。麦秸秆和混合物的最佳预处理温度为90 ℃,苜蓿草和高粱秸秆的最佳预处理温度为110 ℃;随酶解时间延长,4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解率都增加;葡聚糖的最大酶解率从大到小为麦秸秆、混合物、高粱秸秆、苜蓿草,木聚糖的最大酶解率从大到小依次为高粱秸秆、麦秸秆、混合物、苜蓿草。  结论  LAT预处理可以提高木质纤维素生物质尤其是麦秸秆和高粱秸秆的酶解效率。图8表2参24     

木质纤维原料预处理技术的进展与展望

生物质燃料乙醇是可转化的、目前世界上使用规模最大的可再生资源,而木质纤维原料是燃料乙醇的主要来源,木质纤维原料的预处理工艺,是得到生物质生产乙醇的重要工艺,目前主要有物理法、化学法、物理——化学法和生物法等预处理工艺,其中大部分可广泛应用于农业、能源、林业、生物等领域,是前景广阔的生物质预处理技术。本文从开发新能源的大环境出发,介绍了各种预处理对底物的影响、利弊,并指出预处理技术的研究方向。     

木质素与生物燃料生产:降低含量或解除束缚?

生物质能源作为可再生性替代能源之一,其开发利用可为解决当前全球变暖、化石能源成本飞涨和环境污染等重大问题提供新的途径。木质纤维素是植物细胞壁的主要组成成分,也是地球上最丰富的可再生资源之一,可转化为生物酒精等液体生物燃料。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,三者之间由酯键、醚键和糖苷键等化学键连接,形成的木质素-糖类复合体是一种共价键聚合物,这些细胞壁成分的组成及其互作会影响多糖的水解作用,进而影响木质纤维素的转化利用效率,其中,木质素被认为是阻碍纤维素酶分解的主要物理障碍。当前,提高能源作物生物质的田间种植、生产效率及其工厂化降解、转化效率是生物质能源发展的热点和难点问题。由于木质素是木质纤维素生物量中除多糖之外含量最高的成分之一,提高木质素利用效率成为影响整个木质纤维素生物冶炼产能的关键。为此,文中从降低木质素含量和解除木质素束缚的角度出发,系统回顾了木质素在植物细胞壁中的发育沉积特征及其遗传改造研究进展,探究从植物细胞壁结构组成角度优化木质纤维素性状提高生物燃料产率的可能性,重点论述了降低能源植物木质素含量的遗传选育和基因改良策略,以及木质纤维素生物冶炼的预处理和分离技术。一方面,通过常规育种程序培育低木质素含量的生物能源作物品种,或是通过基因工程技术下调木质素的生物合成,对于提高木质纤维素利用效率和降低生物燃料生产成本均具有积极的作用。另一方面,以解除木质素束缚为目的的生物冶炼预处理技术是提高木质纤维素生物燃料工厂化生产效率的重要环节,主要包括酸预处理法、碱预处理法和有机溶剂预处理法,高效的预处理技术能够显著提高纤维素酶水解效率,增加生物酒精产量。文中最后对木质素与生物燃料生产的研究与应用前景进行了展望。     

离子液体预处理纤维素及木质纤维素的研究进展

稳定性好、溶解能力强的离子液体,能够快速瓦解木质纤维素网络结构,提高纤维素酶的可及度和酶解效率,可大幅度降低预处理成本。本文综述了常见离子液体的组成、离子液体对木质纤维素的溶解分离等预处理方法及其原理。     

玉米秸秆碱性预处理技术研究进展

厌氧发酵生产沼气、酶解糖化生产乙醇等生物转化技术是利用农作物秸秆的有效方法.但由于玉米秸秆本身具备的紧凑木质纤维素结构使其对酶水解具有较强的抗性,导致其生物转化和可利用价值降低.因此为了提高玉米秸秆的生物利用价值,必须要对玉米秸秆进行预处理,破坏其原有结构.在各种预处理方法中,碱性试剂预处理方法因其工艺相对简单,已成为...     

预处理及木质素酶对玉米秸秆酶解糖化效果影响

以玉米秸秆为原料,以酶解糖化分析、扫描电镜及傅里叶红外光谱验证为检测指标,建立了高效玉米秸秆预处理方法及条件,并进一步探讨了酶解糖化过程中各木质素酶与纤维素酶、木聚糖酶的协同作用效果及酶解糖化过程中各木质纤维素酶的最佳添加比例及添加量。结果表明：2%CaCO₃+1%H₂O₂在料液比1∶11,温度120℃,时间70 min条件下,可较好地去除木质素并保留纤维素及半纤维素组分;酶解糖化试验表明,木质素酶中漆酶对预处理玉米秸秆水解起主要促进作用,各木质酶的最优添加量分别为漆酶8 U/g,木素过氧化物酶10 U/g,锰过氧化物酶6 U/g,此条件下水解液中的混合糖含量为116 mmol/L,比未添加木质素酶含量提高了16%。试验为低酶用量、高糖得率的高效木质纤维素降解复合酶体系的建立及玉米秸秆木质纤维素原料的高效转化利用奠定了基础。     

秸秆类生物质预处理技术的研究进展

秸秆类生物质是一种廉价、可持续、丰富的可再生原料,其高值化利用是当今世界的研究热点,其预处理过程是生物质向糖类、生物燃料等附加值产品转化的关键步骤。对近年来秸秆类生物质预处理技术进行了综述,介绍了物理法、化学法以及生物法等预处理方法,为有效分离半纤维素、纤维素和木质素提供参考,并总结了各种预处理方法的优缺点,对未来预处理的研究方向进行了展望。     

生物质催化制备5-乙氧基甲基糠醛研究进展

生物质醇解是生物质高值化利用的一种方式,可以转化制备得到与汽油和柴油燃烧特性相近的液体燃料5-乙氧基甲基糠醛（5-ethoxymethylfurfural,EMF）。本文对生物质醇解转化制备EMF的原料、催化体系和溶剂体系进行了文献综述,总结了糖类、木质纤维素类不同原料制备液体燃料的现状和趋势;综述和分析了均相和非均相催化体系在生物质醇解制备EMF中的优劣;探讨了EMF制备过程中溶剂体系的作用和效果,对生物质醇解制备EMF的研究趋势进行了展望。     

深度共熔溶剂预处理木质纤维素研究进展

木质纤维素是自然界含量丰富的可再生能源,可转化为生物燃料及其他化工产品,有望代替传统化石燃料,助力碳达峰。但木质纤维素拥有复杂的化学结构,在合理利用前需进行预处理。传统预处理方法存在工艺复杂、成本高等问题。而深度共熔溶剂(DES)作为一种新型的预处理生物质溶剂,在生物质分离方面具有巨大潜力,已得到众多科研工作者认可。本文综述了DES预处理木质纤维素相关研究,对DES进行了详细介绍及分类,根据化学组成将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型4种类型的DES。阐明了DES预处理木质纤维素三大组分(木质素、半纤维素、纤维素)的作用机制。并分别对DES预处理木质纤维素三大组分的研究进展进行了总结。在去除木质素时,采用酸度较强的物质作为氢键供体(HBD)制备DES或者选用羧基、胺/酰胺基类DES对木质素的去除效果会更好。另外,相较于纯DES,加水会降低DES的黏度,有利于木质素的溶解。但过量的水会降低DES中氢键的数量,反而不利于木质素的溶解。关于DES分离半纤维素的研究目前大多数集中于预处理条件优化等方面,众多研究表明,以氯化胆碱为氢键受体(HBA)的DES去除半纤维素能力更强。通常情况下,DES在分离三大组...     

蔗渣发酵生产燃料乙醇的研究进展

燃料乙醇是最有发展前景的新型可再生能源之一,以木质纤维原料替代淀粉类和糖类原料生产乙醇成为全世界研究的热点。蔗渣是制糖工业的主要废弃物,因其来源广泛,纤维素含量高而成为一种重要的可再生生物资源。介绍了蔗渣的组成与特点及蔗渣发酵生产燃料乙醇的现状,阐述了蔗渣预处理、酶解糖化及发酵产乙醇的研究概况。蔗渣用来生产乙醇具有较好的发展前途和重要的现实意义。     

纤维素乙醇生物转化工艺的研究进展

以纤维素为原料生产乙醇主要包括预处理、水解和发酵三步重要的生物转化过程。由于纤维素原料本身的结晶度和难于降解性,木质纤维素原料生产乙醇,在水解之前要对原料进行物理法、化学法、物理-化学法和生物法等预处理才能获得较高的转化率;发酵工艺有直接发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、同步糖化发酵法、非等温同步糖化发酵法和复合水解发酵工艺等。综述了纤维素转化为燃料乙醇的原料预处理方法、糖化发酵工艺以及不同预处理方法、发酵工艺优缺点及适合的原料范围,并提出了纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术,展望了纤维素燃料乙醇的产业化前景。     

不同生物预处理对芦竹和玉米秸秆及其厌氧消化性能影响研究

<正>木质纤维素类生物质复杂的结构及木质素的存在极大限制了原料在厌氧消化过程中的水解反应。预处理和贮存是木质纤维素生物质沼气工程中两个重要的上游环节。通过适当的预处理和贮存可以增加生物质的生物降解性,并有助于提高后续厌氧消化产甲烷性能。因此,开展原料预处理和贮存的研究对于厌氧消化技术的推广与应用具有非常重要的意义。论文对不同收获时期和不同固形物含量芦竹的青贮物化性能及其厌氧消化产甲烷性能进行了评价,研究了尿素添加对芦竹青贮及其厌氧消化特性的影响,并探讨了真菌预处理对玉米秸秆理化特性和产甲烷性能的影响。