木質(zhì)纖維素乙醇的研究

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1、木質(zhì)纖維素乙醇的研究摘要：木質(zhì)纖維原料作為一種可轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源，其轉(zhuǎn)化利用已成為必然趨勢，而木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理是利用木質(zhì)生物資源生產(chǎn)乙醇的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。文章闡述了木質(zhì)纖維原料的常用預(yù)處理技術(shù)，并對其發(fā)展前景作了展望。關(guān)鍵詞：木質(zhì)纖維；預(yù)處理；進(jìn)展ResearchstatusoflignocellulosePretreatmentTechnologyAbstract：Lignocellulosicmaterialsasoneofthemostabundantreproducibleresourcesanditsusingisbecomingannecessitytrend.Thep

2、retreatmenttechnologyisthekeyprocessinthelignocellulosestransformation.Thisreviewdiscussesmanywaysofpretreatmentandforecastsitsprospect.Keywords：lignocelluloses;pretreatment;researchstatus木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的可再生資源，也是當(dāng)前利用率最低的資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的秸稈利用率33%，但經(jīng)過一定技術(shù)處理后利用的僅占2.6%，其余大部分只是作為燃料等直接利用，開發(fā)前景非常廣闊。[1]因此，在煤，石油，天然氣等不可

3、再生資源日益減少的今天，如何使纖維素得到更有效地利用，是各國新資源戰(zhàn)略的重點(diǎn)。在中國，燃料乙醇主要原料是玉米和小麥，隨著燃料乙醇的快速的發(fā)展，原料問題日益突出，成為制約燃料乙醇的發(fā)展的瓶頸，并且有可能引發(fā)國家糧食安全問題。中國可利用的木質(zhì)纖維素每年在7億噸左右，這些豐富而廉價(jià)的自然資源主要來源于農(nóng)林業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物和城市廢棄物。所以，纖維素乙醇是未來發(fā)展的必然方向。一．木質(zhì)纖維素原料組成及性質(zhì)木質(zhì)纖維素是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和少量的可溶性固形物組成。纖維素大分子是由葡萄糖脫水，通過β-1,4葡萄糖苷鍵連接而成的直鏈聚合體。分子量約50000～2500000，相當(dāng)于300～15000個(gè)

4、葡萄糖基脫水葡萄糖。由于來源的不同，纖維素分子中葡萄糖殘基的數(shù)目，即聚合度（DP）在很寬的范圍。分子式可寫作（C6H10O5）n。[2]在常溫下不發(fā)生水解，高溫下水解也很緩慢。只有在催化劑的作用下，纖維素的水解反應(yīng)才顯著進(jìn)行。常用的催化劑是無機(jī)酸或纖維素酶，由此分別形成了酸水解和酶水解工藝。半纖維素是由不同的多聚糖構(gòu)成的混合物，這些多聚糖由不同單糖聚合而成，有直鏈也有支鏈，上面連接有不同數(shù)量的乙?；图谆?。半纖維素的水解產(chǎn)物主要有己糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、戊糖和阿拉伯糖等幾種不同的糖。半纖維素的聚合度較低，相對比較容易降解成單糖。二者的水解機(jī)理可以用下列方程式簡單地表示：(C6H10O5)

5、n+nH2O→nC6H10O6(C5H804)n+nH2O→nC5H10O5木質(zhì)素含有豐富的酚羥基。醇羥基，甲氧基和羰基等活性官能團(tuán)，可以發(fā)生養(yǎng)化，還原，磺甲基化，烷氧化和羥基化等改性反應(yīng)，通過木質(zhì)素的改性和綜合利用，可提取許多附加值高的化學(xué)產(chǎn)品，為提高木質(zhì)素纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的經(jīng)濟(jì)性開辟了新的途徑。二．自1990年以來，Webofscience數(shù)據(jù)庫收錄的纖維素堿預(yù)處理，纖維素酸預(yù)處理和同步糖化法發(fā)酵發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的文獻(xiàn)分別為100，461和238篇，論文數(shù)量總體上呈現(xiàn)出平穩(wěn)增長的態(tài)勢，纖維素堿預(yù)處理，纖維素酸預(yù)處理和同步糖化發(fā)酵發(fā)生產(chǎn)乙醇三者的研究文獻(xiàn)句增長明顯[3],如圖所示:木質(zhì)纖維素

6、的預(yù)處理技術(shù)1物理方法常用的物理方法有剪切和研磨，高溫液態(tài)法，高溫分解等。1.1剪切和研磨Stuart[4]等發(fā)明了一種特殊的纖維素漿的高速剪切裝置，可有效破壞纖維素與木質(zhì)素和半纖維素的物理、化學(xué)結(jié)合，并顯著降低纖維素大分子的結(jié)晶度，提高比表面積。研磨的方法有球磨、錘磨等，比較有效的是球磨。1946年有人用球磨制得了完全無定形結(jié)構(gòu)的纖維素，但這種結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定，很快又重新形成晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這也是機(jī)械物理方法常有的弊端。球磨可使纖維素的結(jié)構(gòu)松散和使微纖中和微纖間晶區(qū)間存在的氫鍵斷裂[5]。使用三輪球磨處理木質(zhì)纖維素，對糖化反應(yīng)極為有效。但存在的問題是，機(jī)械處理方法的能耗很高，這無疑增加了生產(chǎn)成本。1.

7、2高溫液態(tài)法液態(tài)熱水法是指將物料置于高壓狀態(tài)的熱水中，溫度為200～230℃，處理物料2～15min使物料的40%~60%溶解，可除去4%~22%的纖維素，35%~60%的木素以及所有的半纖維素。[6]用酸水解生成的糖液，可使以單糖形式存在的半纖維素的回收率高于90％，并且，可使活性纖維轉(zhuǎn)化率高達(dá)90％，但只能在較低固體含量（≦20％）下對物料進(jìn)行處理，因此能耗較大，生產(chǎn)效率較低[7]。1.3高溫