DES在木质纤维素类生物质预处理领域的研究进展

预处理是木质纤维素类生物质进行能源转化的重要环节。成本低廉、操作方便、绿色高效的预处理方法对生物质能源转化的产业化发展具有重要的意义。新一代绿色溶剂-低共熔溶剂(DES)近年来受到了广泛的关注,经过DES预处理后生物质的酶解效率得到很大提高,DES表现出优异的预处理性能。本文探讨了DES的组成结构和物化性质,DES对木质纤维生物质三大组分纤维素、半纤维素、木质素的溶解能力,木质纤维素类生物质DES预处理相关研究进展,DES自身物理化学性质对预处理效果的影响,DES在预处理过程中循环回用的方法。最后,对DES预处理木质纤维使其高附加值的资源化利用技术进行了总结和展望,对存在的问题和挑战、大规模工业化应用方面进行了分析。     

低共熔溶剂在木质纤维素预处理中的应用

低共熔溶剂（DES）在木质纤维素预处理中已得到了广泛应用,取得了重要的研究进展。本文主要介绍了DES的物理性质及其对木质纤维素的作用机理,综述了DES在木质纤维素预处理领域（木质素的分离,纤维素的纳米分散、衍生化及其溶解,半纤维素降解转化）的应用研究进展,总结并展望DES在木质纤维素预处理应用中面临的机遇和挑战。     

三元DES预处理杨木屑促进纤维素酶水解的研究

采用由对甲基苯磺酸、氯化胆碱和乙醇组成的新型三元低共熔溶剂（DES）对杨木屑进行预处理,研究了三元DES预处理对杨木屑木质纤维化学组分、微观形态、结晶结构、化学结构及纤维素酶水解效果的影响。结果表明,和杨木屑原料相比,二元DES预处理物料的木质素脱除率不升反降,而添加乙醇的三元DES预处理物料的木质素脱除率提高至69.2%;三元DES体系可有效抑制物料表面酸不溶物质的形成,减少纤维素酶的无效吸附,可将纤维素酶水解效率提高至76.6%;在三元DES预处理过程中,半纤维素、木质素以及纤维素无定形区结构的破坏导致纤维素结晶度由原料的48.7%提高至65.7%,纤维素结晶指数由0.66提高至0.76。     

用木质素原料制乙醇

国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖,糖发酵成醇。由于木质纤维素结构复杂,纤维素、半纤维素不但被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度,以提高水解效率。     

基于低共熔溶剂预处理的木质纤维素生物质精炼研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新型的绿色溶剂,具有制备简单、成本低廉、生物相容性好、可循环再生、分子极性强和可设计性等特点,在生物质精炼、催化转化及功能材料构筑等领域展现出良好的应用前景。本文结合DES预处理技术在木质纤维素生物质精炼领域的最新研究报道,重点综述了不同组成和性质的DES采用单独或协同预处理分别对纤维素、半纤维素及木素三大组分的溶解机理、影响因素及分离效果,分析并展望了基于DES预处理后木质纤维素各组分的功能化及高值化利用的优势、不足及发展现状,以期为采用新型绿色溶剂促进木质纤维素生物质精炼研究与应用提供新的借鉴。     

木质纤维素的预处理及应用

木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素、木质素3大类,本文对木质纤维素的各种组分结构作了系统综述。概述了纤维素类物质的预处理方法,主要包括物理法、化学法、生物法,并比较了几种方法的优劣点。介绍了木质纤维素实际生产运用的6个实例：木质素制备乙醇、乳酸、二甲醚,半纤维索类物质制备木糖醇,纤维素基重金属离子吸附材料,纳米纤维素晶须在纳米材料中的应用。     

低共熔溶剂耦合机械打浆制备微纳米纤维素的研究

本研究选取“绿色”低共熔溶剂（DES,乳酸/盐酸甜菜碱）添加不同体积分数去离子水,对桉木片进行预处理,并结合打浆和氧化处理方式,对木质纤维素进行微纳米纤维化研究。结果表明,该DES在添加体积分数5%去离子水时,具有最佳的预处理效果,即纤维素的保留率为62.9%、半纤维素和木质素的去除率分别为91.8%和82.9%,且纤维素保持Ⅰ型结晶结构。经过打浆和氧化处理后木质纤维素细纤维化作用明显,纤维质均长度和质均宽度分别减小了47.7%和49.9%,使得纤维表面电荷明显增强,Zeta电位绝对值最大达到51.65 mV。     

木质纤维素原料制备聚乳酸的研究进展

主要针对木质纤维素原料的可降解性、生物相容性等特点,叙述了木质纤维素制备聚乳酸的优势,包括木质纤维素基乳酸生物炼制过程所涉及的各环节,木质纤维素原料预处理技术、木质素纤维素原料的水解、乳酸及聚乳酸的制备等,评价综述了其方法技术的优缺点,最后对聚乳酸的发展应用前景进行了总结。     

刊误说明北大核心CSCD

本课题组于《中国造纸学报》2021年36卷第6期发表的综述论文“低共熔溶剂(DES)选择性溶解木质纤维原料的研究进展”第82页中“表1 DES处理木质纤维原料时的半纤维素去除率”引用数据存在错误,现予以更正,由此带来的不变,敬请谅解。     

刊误说明

本课题组于《中国造纸学报》2021年36卷第6期发表的综述论文“低共熔溶剂(DES)选择性溶解木质纤维原料的研究进展”第82页中“表1 DES处理木质纤维原料时的半纤维素去除率”引用数据存在错误,现予以更正,由此带来的不变,敬请谅解。