低共熔溶剂(DES)分级分离木质纤维素组分新技术

采用低共熔溶剂（DES）预处理木质纤维素,以提高残渣纤维素的酶解糖化效率。以稻壳为原料,从6种DES （乳酸-甘氨酸、草酸-氯化胆碱、甲酸-氯化胆碱、乙酸-氯化胆碱、甘油-氯化胆碱、乳酸-氯化胆碱）中,筛选脱木素效果最好的两种DES,即甲酸-氯化胆碱和乳酸-氯化胆碱;然后,利用上述2种DES预处理稻壳、玉米芯、樟木、杉木、800 kGy玉米芯等5种生物质原料,评价DES预处理生物质分离"三素"效果,结果表明甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"效果最好;最后,优化了甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"工艺参数,最佳参数为：时间120 min,温度115℃,投料量10%（质量分数）。在优化条件下,残渣纤维素含量74.31%,木质素脱除率81.49%,木质素纯度77.07%,半纤维素完全水解。XRD分析表明,残渣纤维素为Ⅰ型纤维素,结晶度48.57%;残渣纤维素酶解糖化效率为98.56%。     

羟基自由基活性氧处理机械草浆分离半纤维素和木质素

基于生物质精炼与制浆相结合的构想,采用羟基自由基活性氧处理机械草浆,分离半纤维素和木质素,探讨了温度（T）、反应时间（t）、H₂O₂浓度质量分数（w）和固液比（r）等因素对半纤维素、木质素提取效果的影响。实验结果表明：在T=160℃,t=2h,w(H₂O₂)=1.5%,r=5g/L的反应条件下,半纤维素和木质素脱除率最高,分别达到82.68%,91.22%。     

玉米秸秆纤维素高效分离工艺研究

采用有机酸混合液为溶剂、稀盐酸为催化剂,将玉米秸秆在常压下蒸煮,再经过氧化氢处理,将半纤维素和木质素与纤维素脱离,达到分离出纤维素的目的 .处理后的废液再经酸沉-醇析法,分离和回收半纤维素与木质素,实现秸秆资源的全组分分离.通过对纤维素分离工艺的探讨,确定了玉米秸秆组分分离实验的最佳工艺条件.结果表明,甲酸、乙酸和水体积比为30∶60∶10,反应温度90℃,反应时间4 h,粗纤维素以5%过氧化氢为溶剂,溶液pH为12,60℃条件下处理3 h,得到的纤维素纯度可达到94.2%,纤维素、木质素和半纤维素的回收率分别为88.9%、75.6%和28.5%.     

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%。     

氧化纤维素的制备及吸附性能的研究

比较了碱处理纤维素与未处理纤维素制备氧化纤维素（DAC）的过程，当氧化剂NalO4的质量分数为6.78%，介质的pH值为2，反应温度为35℃，反应时间为3h时，以纤维素为原料，DAC的醛基质量分数可达68.20%，若以碱纤维素为原料时，其醛基质量分数可提高到84.25%，氧化纤维素醛基质量分数为50%时对尿素氮的吸附性能最高。     

基于多元高斯分布活化能模型的玉米秸秆水热炭燃烧动力学研究

农林废弃生物质作为植物光合作用的产物,具有可再生、总量大、分布广和低污染的特点,是目前唯一具有可再生性能的含碳清洁燃料。相比于其它种类的可再生能源,生物质还具备良好的可存储性和易运输特点,将丰富的农林废弃生物质应用于炼铁生产将助力钢铁行业实现“双碳”目标。但农林废弃生物质也存在水分高,固定碳和发热值低,碱金属含量高和燃烧过程不稳定的缺点,不经提质处理难以满足炼铁生产对固体燃料的性能要求。本文采用水热炭化技术处理玉米秸秆制备水热炭产品,并采用多元高斯分布活化能模型（DAEM）研究玉米秸秆水热炭的燃烧动力学。结果表明,采用DAEM模型能够精确表征玉米秸秆以及玉米秸秆水热炭的燃烧动力学行为,玉米秸秆原料的燃烧过程可以分为四个阶段:半纤维素、纤维素、木质素和半焦的燃烧,玉米秸秆水热炭的燃烧可分为三种阶段:纤维素、木质素和半焦的燃烧。动力学计算表明纤维素、木质素和半焦燃烧的平均活化能范围为分别为273.7–292.8 kJ/mol、315.1–334.5 kJ/mol和354.4–370 kJ/mol,标准差分别为2.1–23.1 kJ/mol、9.5–27.4 kJ/mol和12.1–22.9 kJ/mol,随着水热炭化温度的升高,玉米秸秆水热炭中纤维素和木质素质量分数先升高后降低,而半焦的质量分数逐渐增加。     

苎麻骨纤维素提取及微晶纤维素制备工艺研究

为了系统分离苎麻麻骨中的纤维素,并对其分离的纤维素制备微晶纤维素从而提高苎麻资源化利用率,采用蒸汽爆破-碱法提取分离苎麻麻骨纤维素,探讨了反应温度、反应时间、NaOH浓度三个因素对纤维素提取效果的影响,同时研究了Na2SO3浓度、HCl浓度、水解温度和水解时间对苎麻骨微晶纤维素制备工艺的影响,并对纤维素和微晶纤维素进行了红外分析。结果表明,苎麻骨纤维素的最优提取分离工艺条件为反应温度90℃、NaOH浓度10%、反应时间8h;微晶纤维素制备的最优工艺条件为HCl浓度4%、水解时间60min、Na2SO3浓度6%、水解温度80℃。本研究结果为苎麻资源综合开发利用提供技术支持,也为其他植物生物质资源利用提供了理论参考。     

甘蔗渣乙醇化预处理方法比较

用稀硫酸、氢氧化钠及超声波辅助碱法对甘蔗渣进行乙醇化预处理,研究酸、碱的质量分数、温度、时间、质量浓度对甘蔗渣预处理的影响.在硫酸质量分数为0.8%、质量浓度为1∶25（g/mL）、温度为135 ℃ 的条件下反应4 min,经酶水解后糖质量分数为17.81%（g/g）;在氢氧化钠质量分数为9%、质量浓度为1∶8（g/mL）、温度为40 ℃的条件下反应15 min,经酶水解后糖质量分数为14.50%（g/g）;超声波能够强化甘蔗渣碱预处理,处理液经酶水解后的糖质量分数达18.65%（g/g）.     

纤维素与木质素共热解行为研究及产物分析

利用热重分析仪和居里点裂解-气相质谱联用仪进行纤维素和木质素共热解实验,研究纤维素和木质素共热解过程中的相互作用及热解产物分布情况.结果表明:纤维素与木质素共热解过程中存在明显的相互作用,与热解温度和混合比例具有一定相关性.纤维素质量分数较低(30%)时,木质素和纤维素共热解时促进残渣的形成,而抑制了气相产物的形成,并提高了酚的相对产率;纤维素质量分数较高(70%)时,木质素和纤维素在共热解过程中相互促进,抑制了固体残渣的形成和非芳基化合物的形成.在低温区(200～320℃),木质素易活化产生小分子,与纤维素共热解时形成相互促进的作用加速了热失重过程;在高温区,纤维素与木质素共热解促进了残渣的形成,抑制了热解过程.     

间甲酚/木质素改性酚醛树脂竹胶板胶粘剂的研究

采用分次分步加料一锅煮合成法,以间甲酚和酸化的木质素磺酸钠来改性制取新的酚醛树脂胶粘剂．研究了酸化反应的时间,合成温度及投料比对胶粘剂性能的影响．结果表明：酸化反应2．5h,合成温度100℃,n（甲醛）：n（苯酚＋木质素）=0．75：1,n（问甲酚）：n（苯酚＋木质素）=0．10：1,n（木质素）：n（苯酚＋木质素）=0．30：1时含游离醛质量分数为0．10％,游离酚质量分数为0．25％,黏度0．38Pa·S,粘合强度2．0MPa,最后用红外光谱和紫外光谱对胶粘剂进行结构测试．     

生物质三组分热解反应及动力学的比较

采用热重分析法考察了生物质中三种主要成分纤维素、半纤维素和木质素的热解反应行为,以Coats-Redfern积分法对实验数据进行动力学解析,建立了该三组分热解反应的动力学模型。结果表明,分子结构上的不同使得该三组分的热解特性存在明显差异;在所考察的温区内纤维素的失重量约为86%,半纤维素模型化合物木聚糖的失重量为69%左右,而木质素的失重量仅为51%;热解反应深度按照纤维素、木聚糖和木质素的顺序依次降低;木质素和木聚糖的热解反应均可以用两个分段二级动力学方程来描述,但纤维素在低温区和高温区分别遵循一级和二级动力学规律。     

纤维素/木质素共热解过程中的气相反应

气相反应在生物质热解过程中是不可避免的,决定着生物质热解产物的形成与分布.通过纤维素和木质素共热解实验和理论计算研究了生物质热解过程中纤维素和木质素间的相互作用,为进一步深入理解生物质热解行为提供实验基础.结果表明：纤维素和木质素进行共热解时,各类产物分布与纤维素和木质素质量比具有密切关系,但并不能通过加权计算进行产物分布的预测.纤维素与木质素以任意质量比共热解时均抑制了CO的形成,而促进了CO₂和H₂O的形成;促进了C₁—C₅烃的形成,而抑制了大部分含氧化合物的形成;质量比为5∶5时促进了苯酚和烃基苯酚的形成;当纤维素比较低时,对芳烃的形成具有明显的促进作用,而纤维素与木质素质量比为7∶3时对芳烃的形成具有抑制作用.     

Insights on cellulose hydrolysis in the porous structure of biomass particles using the lattice Boltzmann method

Lignocellulose biomass has been recognized as one of the most promising sources of low-cost and renewable biofuels, and its conversion into alternative fuels and valuable platform molecules has attracted widespread attention. The porous solid residue from lignocellulose biomass, which was pretreated by steam-stripping, is catalyzed by dilute sulfuric acid to form levulinic acid (LA). The process includes porous media diffusion, multicomponent reactive transport, liquid-solid interface reaction, and cellulose dissolution. Understanding the interactions between these complex physicochemical processes is the basis for optimizing the performance of the hydrolysis reaction. In this study, a porous reaction transport model based on the lattice Boltzmann method (LBM) was established to simulate the conversion of cellulose to LA which was catalyzed by dilute acid. The simulation results were compared with the existing experimental results to verify the accuracy of the model. The simulation results showed that temperature has a significant effect on hydrolysis and the highest carbon yield was obtained at 180 °C. Without considering the lignin reaction, the higher the sulfuric acid concentration, the better is the hydrolysis efficiency in the range of 4% – 8%. The influence of cellulose content and steam-stripping the residue porosity on the dissolution rate of cellulose was also evaluated. The average dissolution rate of cellulose is the highest within 75 min, when the porosity is 0.7 and the cellulose content is 50%.     

木薯渣预处理工艺和酶水解工艺研究

以木薯渣为纤维素材料,利用稀酸预处理和绿色木霉产的纤维素酶对植物中的纤维素进行降解,同时,分析了木薯渣的主要组分。结果表明：木薯渣中纤维素含量为46．7％,木质素为16．9％,半纤维素为32．6％;当固液比为1：40,HCI浓度为3．5％,反应时间为3．5h时,进行预处理,可以收到较好的处理效果。当水解温度为55℃,pH=4．8,纤维素酶用量为120FPA／g,水解时间为28h时,还原糖的释放量为0．191mg／mL。     

不同紫花苜蓿栽培品种生物能源性状评价

选取了54个苜蓿品种,采用温室盆栽方法进行两次刈割,对产草量、细胞壁成分(纤维素、半纤维素和木质素)质量分数、株高、分枝数和叶茎比等生物学性状进行了方差分析和聚类分析.结果表明:苜蓿品种间产草量和细胞壁各成分质量分数存在显著差异(P＜0.01),且品种内变异大于品种间变异;产草量和细胞壁成分变异系数由大到小的顺序为:产草量(42.42％)＞木质素质量分数(17.22％)＞纤维素质量分数(12.74％)＞半纤维素质量分数(10.04％);刈割处理显著降低了半纤维素质量分数(P ＜0.01),但产草量、纤维素和木质素没有显著变化;根据产量、株高、细胞壁成分等性状将供试苜蓿品种分为五个大类,其中第Ⅱ类群和第V类群生产性能最高,且第Ⅴ类群表现出良好的再生性能;综合评价提出甘农3号、黄羊镇、和阗、WL903、三得利、大郁山、平凉和意大利作为进一步开展生物质能源性状选育的优良种质材料.     

NaVO3+H2SO4溶液中氧气气氛下甲酸分解的研究

研究了在氧气存在下生物质催化氧化制甲酸体系中甲酸的稳定性,主要考察了反应温度、反应时间、氧气初始压力、硫酸浓度、催化剂等因素对于甲酸分解的影响。研究结果表明,温度、反应时间、硫酸浓度对甲酸的分解速率有显著的影响;氧气的初始压力对于甲酸的分解影响较小;催化剂NaVO3的存在会加速甲酸的分解。生物质催化氧化体系中,甲酸的分解反应为二级反应,甲酸分解反应的表观活化能为85.1 k J/mol。提出了在H2SO4溶液中氧气气氛下NaVO3催化甲酸分解的机理。     

竹笋壳纤维组分的组合分离技术研究

对竹笋壳纤维中半纤维素、纤维素和木质素的组合分离技术进行了初步研究.实验结果表明：较好的稀酸水解条件为：纤维颗粒度80目,稀硫酸浓度3%,液固比100∶1（v/w）,温度70℃,时间10h;酸处理竹笋纤维无水乙醇提取的较优条件为：先将酸处理竹笋纤维在-20℃反复冷冻-解冻2次,再按20∶1（液固比）的比例加入无水乙醇,在80℃下提取10 h.在确定的酸解和醇提条件下,能较好地实现半纤维素、木质素和纤维素的分离.     

N,N’－二苯基甲脒的合成

研究以甲酸和苯胺为原料,催化脱水合成N,N’-二苯基甲脒的工艺条件.采用单因素试验对影响因素进行探讨.得到最佳制备工艺条件为∶甲酸4.6 g(0.1 mol),苯胺32.55 g(0.35 mol),脱水剂二甲苯30 mL,催化剂硼砂0.3g、铁粉1 g,在150℃回流反应6h.此条件下,产品最高收率可达91.5％.该工艺原料廉价易得,操作简便安全,收率高,适合工业化大生产.     

二甲基亚砜/N-甲基咪唑体系中木质素和半纤维素改性剥离研究

在二甲基亚砜/N-甲基咪唑(DMSO/NMI)体系中通过乙酰化反应对桑树枝条木质素和半纤维素进行改性剥离,研究了乙酸酐用量、反应时间和溶剂用量对改性剥离效果的影响,并对乙酰化改性剥离机制进行探讨。结果表明,改性剥离较优条件为:乙酰化试剂用量为30 mL,溶剂用量120 mL,反应时间24 h。改性剥离过程显示木质素的改性剥离效果与其乙酰化程度及其衍生物在溶剂中的溶解能力密切相关。析出剥离组分降解较少,有利于后续综合利用;经改性剥离后剩余纤维素的可及度提高。