显微技术在木质纤维素生物质预处理 研究中的应用进展

木质纤维素生物质细胞壁中主要组分(纤维素、半纤维素和木质素)相互交织形成的网状结构是生物质转化过程中的天然抗降解屏障。有效的预处理能打破这种屏障,提高酶水解转化效率。显微技术包括显微镜技术和显微光谱技术,能够在多尺度下展现木质纤维素生物质在预处理中细胞壁微观结构变化和组分含量等信息。笔者介绍了原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微拉曼光谱等显微技术在木质纤维素生物质预处理过程研究中的应用。利用显微镜技术可直接观察预处理中细胞壁表面结构的变化,并分析其对酶水解可能产生的影响; 利用显微光谱技术可原位分析预处理对细胞壁组分化学结构与超微结构的影响; 多种显微技术组合弥补了单一手段的不足,可获得木质纤维原料生物构造、组分含量及分布等方面更为详细的信息。     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移(DIET)机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移（DIET）机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

澳大利亚小桉树快速热解研究

阐述了西澳小桉树快速热解制油的工作原理,以及温度(350～580℃)、原料粒度(0.18～5.6mm)、原料预处理(碱金属和碱土金属的脱除)对桉树木质部分快速热解产物的产率和生物油性质的影响。在热解反应前,生物质原料经过粉碎和研磨,最终被筛分到几个特定的粒度范围内,部分生物质原料经过水洗和酸洗以脱除其中碱金属和碱土金属(AAEM)。结果表明,热解温度和原料颗粒大小对热解产物的产率影响较大,原料颗粒大小对生物油的水含量起决定作用。实验还发现,在生物油产率最高的温度范围内(450～475℃)制得的油中,由木质素衍生来的聚合物的含量最高,同时生物油具有最高的黏度;经过彻底脱除AAEM的生物质原料热解制得的油也具有较高的黏度。因此,考虑到生物油的最终用途以及其对油的品质要求,生物质热解不仅要考虑产率,更要关注生物质油的性质和化学组成。     

蔗渣(髓)水解制备生物乙醇的研究进展

蔗渣(髓)是丰富而廉价的可再生生物质资源,利用蔗渣(髓)代替传统的玉米等粮食作物为原料生产生物乙醇已成为研究热点。蔗渣(髓)转化为生物乙醇主要包括3个步骤:预处理脱去木质素、蔗渣(髓)中纤维素水解成还原糖、糖发酵成乙醇。本文阐述蔗渣(髓)经水解转化为生物乙醇处理技术的新进展,并展望其发展前景。     

生物质能源利用研究进展

围绕生物质能源原料的来源、原料的处理、生物质转化技术、生物质能源的应用、生物质能源的发展前景5个方面，讨论了生物质能源利用的现状和存在的不足。虽然生物质能源研究蓬勃发展，但是仍有一些地方可以改进：在原料产地就近建厂，降低原料成本；微藻不占用土地，是一种可行原料；原料预处理需要综合考虑效益与成本；对于生物质转化技术的选择，生化与热化学转化相结合可能是一个好的方案；生物质能源的应用方面可以进行生物精炼，提高生产效能，此外，生物燃料电池具有巨大发展潜力。     

生物质热解液化产物——生物油的国内外研究进展

生物质快速热解液化技术是最有前景的生物质利用技术之一．对国际上几种典型的生物质热解液化装置类型进行了总结,详细介绍了国内主要研究机构的研究现状．概述了生物油的物理化学性质,介绍了不同热解工艺和原料对生物油组成的影响,列举了3种生物油改性技术,对存在的问题和应用前景进行了初步阐述．     

木质素基生物炭制备及对亚甲基蓝的吸附性能

研究温度对生物炭得率、吸附性能的影响.采用无氧慢速热解的方法,以酶解木质素为原料,制备不同温度下的生物质炭,测定热解得率、生物炭得率、挥发分、灰分及对亚甲基蓝的吸附值.热解试验结果表明:随着炭化温度从300℃逐渐升高到700℃,热解得率先降低后升高,挥发成分先升高后降低,生物炭得率先降低后升高.在500℃时,热解得率和生物炭得率分别为54.09%和50.77%,灰分含量为3.32%,挥发分含量为45.91%;热解温度为300℃时,木质素基生物炭对亚甲基蓝的吸附值最大,为37.31 mg/g;热解过程中,C—H、C=O键断裂.     

木质素液化产物中生物油的盐析萃取分离工艺

木质素的解聚和解聚所得生物油的分离是木质纤维素生物质液体燃料技术的瓶颈.文中研究了木质素液化解聚产物中生物油的盐析萃取分离工艺,探讨了无机盐种类和加入量、平衡时间、温度对生物油盐析萃取效率的影响.结果表明:以饱和MnSO_4作为盐析剂有利于生物油的萃取;在80℃、平衡时间为10min的条件下,生物油收率达52.47%,含盐量为2.76%.盐析萃取工艺避免了有机溶剂的大量使用,可节约有机溶剂回收所需的成本,同时减少了有机溶剂挥发对环境的污染和潜在的危险,从而实现了生物油分离工艺的绿色化.     

“生物质产业”工业生产技术路线设计

以化石燃料为基础的现代工业发展模式，带来了环境污染、气候变化等诸多问题。本文提出生物质产业发展的工业生产新模式，并对其工业生产技术路线进行了预见性的设计。提出包括生物质原料工业、生物质初加工业、生物质能源工业、生物质生物工业和生物质化学工业等子产业所应涵盖的生产环节和技术选择。重点描述了以一碳化学为基础的生物质化学工业应具有的技术特点和前景。     

桉树皮和桑枝制备颗粒燃料成型工艺研究

【目的】利用广西栽桑养蚕和造纸加工行业每年产生的大量生物质剩余物,高效制备用于供热领域的颗粒燃料。【方法】以桉树皮(Eucalyptus Bank,EB)和桑枝(Ramulus Mori,RM)作为原料制备生物质颗粒燃料,分析生物质原料的种类、环模孔长径比、颗粒大小、原料含水率以及添加剂含量对颗粒燃料成型效率的影响。【结果】添加少量的木质素粘结剂可以降低生物质原料的成型压力,当原料的含水率为16%~20%,颗粒度为4mm,环模孔长径比为4.5∶1,粘结剂添加量为5%时两种生物质原料都可有效成型,所制备的颗粒燃料的密度≥1.1g/cm3,机械耐久性≥95%。【结论】本研究工艺成型率高,获得的颗粒燃料符合生物质燃料要求。     

生物柴油的超临界流体原位制备与性能分析

为实现生物质能源的高效利用,减少能源消耗,采用原位超临界流体技术制备了油菜籽生物柴油.以氧弹法测定热值的同时,运用Dulong热值方程式对生物柴油热值进行了计算和对比研究;利用傅里叶红外光谱仪和气相色谱-质谱联用仪等技术手段,对实验制得的生物柴油进行了化学组分、分子结构和官能团的表征,研究了超临界条件下多相反应物转化为液相可燃性脂类的性能与结构特点.结果表明,在原位超临界条件下,生物质中除油脂能够参与酯交换反应外,糖类和蛋白质也可通过分解重组形成具有较高热值的长链烷基酯.与油脂提取-酯交换二元法相比,该方法提高了生物质利用率.     

任俊莉：“我必须做得更好”

近年来,农林生物质作为可再生资源用来合成生物能源、化学品和材料备受关注。目前生物质直接转化,存在转化率低、成本高、产物类型少等问题,只能利用其中一种或两种组分。例如制浆造纸工业,只利用其中的纤维素,半纤维素和木质素未被利用。在纤维素转化燃料乙醇过程中,只利用了纤维素组分,由于半纤维素和木质素的降解产物对酵母发酵产生抑制作用,     

木质纤维素选择性提取松柏醇和芥子醇

木质素是一种可再生的芳香聚合物，可生产精细化学品。然而，由于木质素复杂的化学结构，及解聚单体的衍生化和深度裂解，当前木质素解聚利用普遍存在产物复杂等问题。选择性断裂木质素连接键，对提高产物选择性、实现木质素分级利用有一定意义。基于有机溶剂/水木质素提取体系，不使用外加催化剂，选择性裂解原本木质素中的酯键提取松柏醇和芥子醇。研究结果表明，乙醇在温和条件下可以有效地断裂肉桂酸苯乙酯和苯乙酸苯酯酯键模型物，但对苯氧基乙苯的β-O-4醚键不产生影响。当以木粉为底物时，单酚产物以松柏醇和芥子醇为主，在二氧六环/水体积比9∶1溶剂体系的作用下，230℃反应0.5 h的总收率最高，可达57.57 mg/g,选择性为62.88%.不同来源生物质在此体系下也表现出良好的收率和选择性。     

预处理生物质的热解实验研究

通过分步添加Ca(OH)_2与甲酸获得甲酸钙的方法对生物质进行预处理,在管式炉上开展了预处理生物质热解实验,研究了甲酸钙预处理对4种生物质热解特性的影响.样品的红外分析显示,甲酸钙预处理影响了纤维素和半纤维素的结构,一定程度上破坏了乙酰基侧链,而对木质素苯环结构影响较小,且出现了明显的羧酸根官能团振动.热解实验结果表明:木屑的生物油产率高于3种秸秆类生物质(玉米秆、稻秸、麦秆),最大生物油产率达到0.496 g/g.甲酸钙预处理使得生物质的半焦和气体产率增加,而生物油产率下降.GC-MS分析显示,木屑生物油酸类含量低于秸秆类生物质,而酚类物质含量较高,其中麦秆生物油酸类含量最高,酸度最强.甲酸钙预处理明显减少了生物油中乙酸和左旋葡聚糖的含量,增加了羟基丙酮与环戊烯酮等酮类物质;而且甲酸钙预处理显著降低了生物油的酸性,且对秸秆类生物质的改善作用更加明显,其中木屑生物油p H值从4.1~4.3增加到5.6~5.8,麦秆生物油从2.4~2.7增加到5.0~5.3.     

不同生物质木质纤维素的成分分析和比较

以玉米秸秆、中药残渣、林业废弃枝桠、木耳菌袋以及柳枝稷5种不同种类的生物质为原料,测定其纤维素、半纤维素、木质素的含量,通过对分析方法的建立,可快速得到不同生物质原料主要组分含量,筛选出纤维素含量高、木质素含量低的物种.实验结果表明：纤维素按其含量大小排列分别为：柳枝稷、玉米秸秆、木耳菌袋、枝桠、中药残渣;半纤维素含量：柳枝稷、玉米秸秆、枝桠、中药残渣、木耳菌袋;木质素含量：柳枝稷、枝桠、木耳菌袋、中药残渣、玉米秸秆.     

离子液体对模拟生物质原料组分的选择性分离

设计合成了一系列咪唑基羧酸盐离子液体:1丁基3甲基咪唑甲酸盐,1丁基3甲基咪唑乙酸盐,1丁基3甲基咪唑乳酸盐,1丁基3甲基咪唑乙醇酸盐,1丁基3甲基咪唑苯甲酸盐和1丁基3甲基咪唑二氰胺盐,并采用氢核磁方法对这些离子液体进行了表征和结构确认。研究了离子液体的阴离子结构、体系溶解温度对木质素和木聚糖溶解度的影响。根据不同离子液体对纤维素、木聚糖、木质素溶解性能的差异,实现了模拟生物质原料3个组分的选择性逐级分离,木质素、木聚糖和纤维素的分离质量分数分别为76.9%、75.4%和99.3%。离子液体[C4mim][N(CN)2]的回收质量分数为89.6%。     

生物质组分在催化快速热解中的相互影响

对纤维素、半纤维素、木质素及3者不同配比的自配生物质样品进行了热重分析与热解-气象色谱-质谱试验。分析了这3种生物质组分与ZSM-5分子筛进行催化热解反应时的相互影响。结果表明尽管纤维素、半纤维素、木质素初级热解产物不同,但在与ZSM-5分子筛催化热解时最终产物基本一致,主要是芳烃类化合物。然而,木质素组分在催化剂表面形成大量积炭并导致催化剂失活。因此木质素组分会影响纤维素与半纤维素组分在催化热解中的转化,导致生物质的整体转化效率下降,并且抑制作用随木质素含量的提高和反应时间的延长而增强。研究结果表明需要对木质素含量较高的生物质进行预处理,选择性去除木质素,提高生物质整体转化效率,降低催化剂失活。     

GC-MS分析生物质热解油的研究

将流化床热解反应器上由不同生物质原料在不同反应条件下制得的生物油,用GC-MS法分离和鉴定其化学成分.经谱库检索得到50余种成分,主要为小分子的酸、酚和酮类.通过比较发现生物质原料对生物油的组成具有较大影响,而热解温度对生物油的组成影响不大.     

碳13核磁共振谱法在木质素化学中的应用

<正>引言 木质素是木材和禾本科植物原料的主要组成之一,占植物纤维原料的1╱3～4╱5,是自然界中仅次于纤维素的第二种丰富的可更新的有机资源。木质素又是最复杂的生物高聚物之一,它是由愈疮木基丙烷、紫丁香基丙烷和对-羟基苯基丙烷三种结构单元通过各种醚键和碳-碳键连接而成的。木质素化学结构的研究是一项非常艰巨的工作。一些世界上最好的天然物化学家们经过了近140年的努力,对木质素的结构才有基本的了解,但仍有一些细节问题需进一步研究解决。