生物乙醇生产及木质纤维素稀酸预处理的研究进展(英文)

作为一种汽油替代品,液体燃料因其可持续及环境友好的特点引起了人们的广泛兴趣.文中介绍了几种能够替代汽油的液体燃料:生物甲醇、生物乙醇和生物丁醇,指出生物乙醇最具潜力.对生产生物乙醇的原料进行了概述,指出由于政策性限制,使用淀粉或糖来生产乙醇受到制约,因此人们转向利用木质纤维原料来生产乙醇.在分析了各种木质纤维原料不同的预处理方法后,指出稀酸或稀酸与蒸汽爆破相结合的方法具有经济可行性,但稀酸预处理木质纤维易产生糠醛、羟甲基糠醛、木素小分子等发酵抑制物,因此在未来设计生物质转化液体燃料时要考虑减少这类物质的生成,降低其后续影响.     

木质纤维素的超临界二氧化碳预处理技术

以木质纤维素为原料制备燃料乙醇是可再生能源发展的重要方向,预处理技术则是木质纤维素水解为可发酵糖工艺的关键步骤。超临界二氧化碳预处理是一种清洁高效的新方法,日益受到重视。文中总结了近十五年来国际上在此领域的研究成果,主要包括：涉及到的生物质种类、对应的操作条件和相关度、特色研究结果、对作用机理的认识等。在此基础上,指出了今后应该继续探索的方向和亟需解决的关键问题。     

离子液体在纤维素资源化利用中的应用研究进展

作为地球上最丰富的可再生有机碳资源,木质纤维素的高效利用,对缓解全球能源危机和解决地球环境问题,实现人类社会的可持续发展具有重要意义.作为一种绿色、高效的反应介质材料,离子液体在木质纤维素的资源化转化与利用方面的研究受到了广泛关注.基于此,本文对离子液体作为溶解纤维素的溶剂、在木质纤维素的预处理方面的应用以及作为催化剂催化纤维素的降解反应方面的研究进展进行了综述.其中,对于离子液体作为溶解纤维素的溶剂方面的研究已经取得了很大的进展,不仅研究了大多数常规离子液体对纤维素的溶解性能,而且,大量的功能化离子液体被合成出来用于溶解纤维素,很多的新的技术与手段也被发展应用于提高和改善离子液体对纤维素的溶解性能;离子液体在纤维素的预处理方面也显示出了优良的性能,离子液体预处理的生物质的酶降解效率得到了很大的改善,但这方面的研究仍缺乏系统完整的实验数据和完善的理论支撑;相对来说,使用离子液体作为催化剂催化纤维素的降解反应的研究发展比较滞后,具有优良的催化性能的离子液体催化体系很少,使用离子液体催化纤维素的降解反应还存在反应条件苛刻,催化效率低下,需要其他的无机酸或金属基助催化剂等问题.最后,对离子液体介质中木质纤维素的资源化利用技术中存在的问题与挑战、未来的发展趋势及工业化应用前景进行了分析与展望.     

木质纤维原料制乙醇原料预处理技术

从预处理的必要性出发，论述了木质纤维原料的预处理技术，分析了主要预处理技术的特点和处理纤维质原料的效果，并对未来预处理技术的发展方向提出了建议，供从事木质纤维素制乙醇的研究人员参考。     

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.     

木质纤维素预处理衍生抑制物对产溶剂梭菌的胁迫机制及解抑制策略研究

产溶剂梭菌利用木质纤维素类生物质生产丁醇等液态燃料,是缓解当前能源紧缺、温室气体过量排放的有效途径之一。预处理操作是木质纤维素生物转化的关键步骤,而在此过程中衍生的一系列发酵抑制物是限制其高效/高值转化的主要瓶颈;了解木质纤维素在不同预处理条件下的抑制物衍生特征、解析产溶剂梭菌对该类物质的胁迫响应机制,并建立高效的解抑制工程策略,是实现梭菌高效合成生物丁醇的关键。基于此,首先,介绍多种预处理工艺的优缺点及衍生抑制物种类和质量浓度特征,其次,阐述产溶剂梭菌对主要预处理抑制物的胁迫响应机制,并重点介绍各类高效的解抑制工程策略。最后,展望了木质纤维素高效转化生产燃料的发展趋势,探讨包括应用人工神经网络辅助的预处理工艺优化、基于适应性实验室进化策略和合成生物学等技术手段强化菌株耐受抑制物的鲁棒性能等研究方向。本文将为木质纤维素资源转化和生物丁醇的高效生产提供借鉴。     

侧耳菌产生木质纤维素酶及其降解植物生物质的研究

对在液体培养基中产生木质纤维素降解酶能力强且产酶速度较快的侧耳 sp 2 (Pleurotussp 2 )进行了最佳产酶液体培养基组分的研究 ,并对其在液体培养基、固体培养基中产生木质纤维素降解酶能力和行为进行了分析 .结果表明 ,该菌株在低氮高碳高无机盐培养基中的锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、漆酶和半纤维素酶等 4种酶的活性最高 .其中 ,锰过氧化物酶的活性峰值出现时间仅为 6 d,比其他 3种酶活性峰值期早 6 d. Pleurotus sp 2是目前已知的在液体培养条件下产锰过氧化物酶较高的菌株之一 .当该菌株培养在含有低氮无碳高无机盐液体培养基的麦草粉中时 ,锰过氧化物酶和漆酶的活性峰值均出现在第 10天 ,而半纤维素酶的活性在 4 0 d时达到峰值 .此外 ,该菌株使麦草生物质失重可达 17.6 % ,可望能成为生物制浆中原料预处理的候选菌株     

白腐菌选择性降解秸秆木质纤维素研究

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析和Van Soest法测定木质纤维索含量,研究了三株不同种属白腐菌BP2,CD1和AX3在50d培养期中降解玉米秸秆木质纤维素的能力及规律．试验结果表明：三株白腐菌对玉米秸秆木质纤维素的降解均具有一定的先后顺序和选择性,先降解半纤维素和木质素,再同时降解半纤维素、纤维素和木质素;从降解比例来看,白腐菌对半纤维素和木质索具有很好的降解优势和降解选择性,50d时相对于纤维素的缓慢降解（降解率13．3％～19．1％之间）,三株菌对半纤维素（降解率32．1％～44．9％之间）和木质索（降解率33．9％～55．4％之间）降解更快,半纤维索的降解选择性可达0．41～0．49．     

预处理对纤维素微结构和反应性能影响的研究

本文研究用乙二胺、乙醇胺、ZnCl_2和NaOH水溶液、水-丙酮-NaOH系统、液氨分别预处理棉绒浆粕以及这些化学试剂对纤维素纤维微细结构和反应性能的影响。用X-射线衍射方法研究纤维素纤维原纤间和原纤内润胀的机理,证明经由化学活化处理,纤维的微细结构发生很大变化,可及度和反应性能得到相当大的提高,这一机理可进一步应用于纤维素纤维的酯醚化反应和其他改性。     

产业化工况下木质纤维素生物炼制过程的流程模拟

针对产业化规模的木质纤维素生物炼制工艺,在Aspen plus流程模拟平台上建立了全过程流程模拟模型.构建了木质纤维素生物炼制中涉及物质的全组分物性数据库,建立了Aspen plus平台上的严格热力学流程模拟模型;对年加工300 000 t玉米秸秆原料生产纤维素乙醇的产业化装置进行了严格流程模拟计算,从节能减排角度对纤维素乙醇生产过程中的新鲜水用量、废水减排和蒸汽能耗等工程问题进行了分析,并给出了积极的节能减排解决方案.该模型可以为产业化纤维素乙醇生产技术的过程设计、操作优化以及技术经济评价提供设计和优化工具.     

Influence of torrefaction pretreatment on biomass gasification technology

Torrefaction is a slow pyrolysis process that is carried out in the relatively low temperature range of 220–300°C. The influence of torrefaction as a pretreatment on biomass gasification technology was investigated using a bench-scale torrefaction unit, a bench-scale laminar entrained-flow gasifier, and the analysis techniques TGA-FTIR and low temperature nitrogen adsorption. A series of experiments were performed to examine the characteristics of the torrefaction process, the properties of torrefaction products, and the effects of torrefaction on gas composition, cold gas efficiency and gasification efficiency. The results showed that during the torrefaction process the moisture content of biomass were reduced, and the wood fiber structure of the material was destroyed. This was beneficial to storage, transport and subsequent treatments of biomass in large scale. For solid products, torrefaction increased the energy density, decreased the oxygen/carbon ratio, and created a more complex pore structure. These improved the syngas quality and cold gas efficiency. Combustible gases accounted for about 50% of non-condensable gaseous torrefaction products. Effective use of the torrefaction gases can save energy and improve efficiency. Overall, biomass torrefaction technology has good application prospects in gasification processes.     

生物质用于转底炉直接还原工艺研究

为了探讨生物质还原剂用于生产金属化铁的可行性,针对转底炉直接还原工艺,从金属化率、抗压强度和体积收缩率三方面入手,分析了竹炭、木炭、秸秆纤维等3种生物质还原剂以及传统还原剂煤粉对含碳球团还原效果的影响。试验结果表明,生物质能够替代传统还原剂用于转底炉直接还原工艺。与传统还原剂相比,生物质还原剂在含碳球团金属化率方面的影响较小,但不同生物质对含碳球团强度和体积收缩率等方面的影响较大。秸秆纤维含碳球团的强度相对较高,但竹炭和木炭含碳球团的强度较低,需在较高温度下(1 300℃)焙烧才能达到后续生产要求;使用竹炭作还原剂的球团前期膨胀较其他还原剂更为严重,直接导致其高温区体积收缩率较小,从而影响含碳球团的强度和热量传递,需与其他还原剂搭配使用。     

智能数据预处理在浮选过程中的应用

针对反浮选过程的被控对象复杂、数学模型不确定以及控制要求高等特点，提出一种基于主元分析和模糊聚类的数据预处理算法。采用模糊C均值聚类算法得到聚类中心，进行线形回归从而对过程变量数据进行了预处理。主元分析法则用采进行辅助变量的选取和输入高维向量的降维简化．针对主元变量采用径向基函数网络建立了系统经济技术指标的预测模型。根据工业实际生产数据进行的模型校验和误差分析表明，能够满足浮选过程控制的精度要求。     

白音华褐煤热萃取过程中的预处理研究

为了解决褐煤热萃取率低的问题,以酸碱作溶剂对原煤进行预处理,在操作温度为380℃、常压、溶煤比为10∶1的工艺条件下,对预处理后的原煤进行热萃取反应制备超纯煤,考察了不同酸碱溶剂对热萃取率的影响。结果表明:与原煤相比,经不同种类的酸碱溶剂处理后褐煤的热萃取率均得到了不同程度的提高,其中经氢氧化钾预处理后褐煤的热萃取率最高,达到66.5%;红外光谱表明,采用酸碱溶剂预处理原煤,可以有效破坏煤的分子结构,使无机矿物质盐裸露在外,也使有机官能团得到充分暴露。因此,通过预处理手段可以获得更高的超纯煤收率,减少配煤炼焦行业中优质煤的使用量。     

影响生物质气化指标的主要因素分析

通过流化床生物质气化炉(气化强度为225kg/m2·h)的运行实践,分析了物料性质、料层结构对气化过程的影响,指出当物料含水量<20%、灰分<7%、粒度在20～50mm之间,料层厚度在0.5～0.8m之间时,气化效果较好,对改善气化过程具有指导意义。     

热预处理对细胞分裂效率的影响

以发酵酵母为研究对象，采用超声波空蚀和高压均质方法对细胞进行机械细胞分裂，研究了热预处理对微生物细胞分裂效率的作用。结果表明：酵母悬浮液的温度经热预处理从室温（22±1）℃上升到40-50℃时，达到相同程度的细胞分裂效率所需的能量降低了；当酵母悬浮液的温度经热预处理上升到50℃时，蛋白质浓度达到最大值，蛋白质发生变质的热预处理温度≥52℃。     

绿液预处理过程中杨木木质素结构的变化

以绿液(Na₂S和Na₂CO₃)对杨木进行预处理,研究了预处理条件对木质素脱除的影响,并用碱性硝基苯氧化表征预处理后木质素化学结构特征的变化。结果表明:杨木原料木质素的碱性硝基苯氧化产物的总得率为2.61 mmol/g,其木质素非缩合部分紫丁香基结构的硝基苯氧化降解产物与愈疮木基摩尔比n(S+SA)/n(V+VA)为2.0; 随着预处理H-因子的升高和用碱量的增加,杨木浆料的木质素脱除率上升,n(S+SA)/n(V+VA)下降; 杨木浆料残余木质素的缩合程度随着木质素脱除率的增加而增大,且紫丁香基丙烷结构比愈疮木基丙烷结构在绿液预处理过程中更容易断裂。     

冷冻预处理萃取所得PHA样品的加工性能

采用冷冻预处理萃取法所得ＰＨＡ样品，以ＰＳ，ＡＢＳ，ＨＤＰＥ材料为对照样进行了系列产品加工性能实验。结果表明：ＰＨＡ耐热性较好，不发生分解，加工温度易控制，与ＰＳ，ＡＢＳ，ＨＤＰＥ材料相比，ＰＨＡ材料力学性能好，并具有良好的成型工艺性。     

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。     

生物质焦油催化裂解过程中二次焦油成分

以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上进行了催化裂解实验,研究了反应温度和催化剂种类对生物质焦油的裂解反应产物———二次焦油成分的影响规律。在高铝砖作为催化剂作用下,随着温度的升高,二次焦油构成有芳香化的趋势,多环芳烃的种类和含量都在增加。反应温度的提高有利于焦油的深度转化,二次焦油产率降低;但是高温下生成的二次焦油芳化程度更高,更容易引起催化剂积炭失活。当反应温度为900℃时,碱性催化剂白云石和石灰岩作用下二次焦油成分相似,以复杂的大分子环烃为主,而且焦油成分种类减少到10种左右;酸性催化剂高铝砖作用下焦油成分仍然很复杂,有将近30种,除了含有大分子环烃外,还含有部分石蜡烃,芳香族种类很多,多以双环、三环以及四环的形式存在。