纤维素乙醇的研究进展

近年来以纤维素类生物质为原料制备乙醇的研究取得了许多进展,使纤维素乙醇的开发更具商业化前景.重点介绍了木质纤维素转化为乙醇的原料预处理方法、纤维素和半纤维素的酶法降解、有效可靠的发酵菌种的选育及木质纤维素乙醇制备工艺的开发.     

木质纤维素可再生生物质资源预处理技术的研究进展

阐述了由木质纤维素可再生生物质资源制备生物燃料乙醇对我国可持续发展的重要意义.针对木质纤维素可再生生物质资源利用的关键技术,综述了国内外对木质纤维素可再生生物质资源预处理的研究进展,并重点介绍了物理法、化学法、物理-化学法和生物法预处理木质纤维素可再生生物质资源的技术.最后对木质纤维素可再生生物质资源预处理技术和应用前景进行了展望.     

木质纤维素预处理技术研究现状与展望

木质纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,可用于生产燃料乙醇、生物柴油等能源产品,也是制备化学品和造纸的主要原料。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,复杂的化学结构限制了其高效利用,故必须对其进行预处理,去除木质素、半纤维素等不可溶物质,从而使其更易被酶水解成可发酵的糖,进而提高木质纤维素的降解转化率。预处理技术可以改变木质纤维原料的内部结构和表面性质,为后续的酶解糖化创造良好条件。从物理、化学、生物、联合处理等4个方面全面综述了不同木质纤维素预处理技术的研究现状,总结了其预处理效果和优缺点,并展望了其未来的研究方向,旨在为木质纤维素生物质降解利用研究提供参考。     

用木质纤维素原料生产燃料乙醇预处理工艺研究进展

预处理是利用木质纤维素原料生产燃料乙醇过程中的关键步骤,其直接影响木质纤维素的水解效率和乙醇的生产成本。目前,对木质纤维素原料的预处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法。文章对以上几种预处理方法的研究进行了简要综述,并对各种方法的优缺点进行了分析和讨论,最后对木质纤维素原料生产燃料乙醇预处理方法进行了展望。     

离子液体介质中纤维素资源转化研究进展

木质纤维素是地球上最丰富的可再生有机碳资源,将其高效转化为化学品或燃料,对缓解全球能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。离子液体因对木质纤维素具有独特的溶解性能,近年来作为新型溶剂在生物质转化中获得广泛应用。综述了离子液体用于木质纤维素预处理及化学转化的最新研究进展,包括纤维素溶解、木质纤维素组分分离、纤维素水解制葡萄糖、六碳糖及纤维素催化转化制5-羟甲基糠醛以及碳水化合物的其他转化途径等,同时对基于离子液体平台的生物质转化技术存在的挑战、未来发展趋势及工业化前景进行了展望。     

木质纤维素生物质降解产物的化学转化研究进展

生物质是唯一可以转化为气体、液体和固体燃料的可再生能源,其中的木质纤维素生物质因其具有储量丰富、价格低廉、生长速度快等优点,受到越来越多的关注。综述了近年来国内外利用化学方法转化木质纤维素生物质降解产物的研究进展,包括对木质纤维素生物质热解产物生物油的精制、由木质纤维素生物质水解产物转化获得高品位燃料和高附加值化学品等几个方面。     

纤维素乙醇的发展前景

林业生物质中所储存生物质能的利用与转化对于解决世界性的环境污染和能源危机等问题具有十分重要的意义.针对木质纤维素的特性,分析了国内外纤维素乙醇的研究现状及发展前景,指出纤维素乙醇工业目前存在的主要问题.虽然由于受工艺和纤维素自身特点的限制,纤维紊乙醇还没能真正工业化生产,但生物燃料无异是解决未来能源危机的答案之一.     

超声波强化木质纤维素预处理的研究进展

综述了超声波处理与多种常规预处理技术相结合,在强化木质纤维素生物质预处理生产生物乙醇中的应用,分析了超声波处理对木质纤维素生物质化学组成、结晶性质和形貌的影响,总结了超声波强化木质纤维素生物质预处理的机理,提出了进一步深入研究的方向。     

纤维素燃料乙醇生产技术研究进展

纤维素燃料乙醇已成为下一代燃料乙醇的必然发展方向。文章综述了近年来以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的关键技术,重点对物理法、化学法、蒸汽爆破法、生物法等木质纤维素原料预处理技术,酸水解、酶水解等水解(糖化)技术,以及直接发酵法、水解发酵两步法、同步水解发酵法等发酵工艺进行了总结,并指出了未来纤维素乙醇的产业化过程中必须解决的关键问题和发展趋势。     

木质纤维素原料预处理技术研究进展

燃料乙醇是目前世界上生产和使用规模最大的生物质能源,木质纤维素作为一种可转化为燃料乙醇的可再生资源,预处理工艺是其转化过程中的关键步骤和限制因素。文章阐述了木质纤维原料常用的预处理技术、当前研究较多的有机溶剂预处理技术以及有机溶剂预处理技术存在问题。     

木质纤维原料组分分离的研究

从木质纤维原料预处理对微生物转化的必要性和回收利用半纤维素、木质素意义两个方面分析了木质纤维原料组分分离的必要性。木质纤维原料组分分离意味着木质纤维原料的精制,不是把木质纤维原料仅作为纤维素单一资源看待,而是把它视为一种多组分物料,将木质纤维原料精制成为具有一定纯度的各种组分,并分别加工成有价值的产品,这也是生物量全利用对于木质纤维原料预处理提出的新要求,赋予新的哲理思想。根据生物量全利用的要求,提出了木质纤维原料组分分离技术的新定性评价标准。根据利用汽爆和乙醇萃取法联合对麦草组分分离的研究结果,可提出一条经济可行的麦草组分分离的工艺过程,半纤维素和木质素回收率分别达到了80%和75%,纤维素酶解率达90%以上。     

木质纤维素预处理技术研究进展

木质纤维素转化燃料乙醇一般需要经过原料预处理、酶水解和发酵过程。由于木质纤维原料化学结构复杂、直接酶解效率非常低,一般在酶水解之前需要进行适当的预处理以打破其致密结构,增加纤维表面积,提高后续纤维素酶的可及性。预处理程度直接影响纤维底物后续酶水解的效果。本文在木质纤维素常用预处理技术分析的基础上,重点讨论了3种相对高效的预处理技术：微波辅助离子液体预处理、两阶段深度共熔溶剂（DES）预处理和氯化铁预处理技术,分析了它们的优势、不足及发展现状。文中指出微波辅助离子液体预处理可有效解构木质素和半纤维素,破坏纤维素结晶区域,利于后续酶解,但微波加热过程会使离子液体分解和部分底物碳化。两阶段DES预处理可有效提高酶水解效率,但是预处理后原料中残留的DES可能会对后续反应中纤维素酶和微生物产生抑制作用。氯化铁预处理可有效破坏木质素与碳水化合物间的结合键,脱除底物中的半纤维素,而对木质素和纤维素降解较少,具有很好的发展前景。由于单一预处理技术的局限性,寻求低成本高效的联合预处理技术将是未来重点发展的方向。     

木质纤维素原料生产燃料酒精开发技术研究进展

在分析美国、日本、加拿大等国关于纤维素制取乙醇技术发展的基础上,对木质纤维素原料生产乙醇的预处理及水解为葡萄糖技术和纤维素原料发酵生产酒精生产技术、酒精废糟的处理利用进行了述评与讨论,对木质纤维素原料不同的预处理、水解和发酵方法进行了比较,展望了木质纤维素原料生产燃料酒精的前景.     

浅谈秸秆类废弃物制备燃料乙醇的工艺

秸秆类废弃物类物质是地球上一种含量极其丰富的可再生资源,其主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。这种废弃物类物质在经过预处理、水解和发酵工艺后,可以用来生产变性燃料乙醇。文章针对这几个关键工艺步骤进行了描述,并探讨了目前有关方面的最新进展。     

碱性双氧水法预处理木质纤维素

在采用木质纤维素制备燃料乙醇工艺中,纤维素酶对纤维素物质的可及性对纤维素的酶解过程非常重要,木质纤维素物质的预处理过程就是通过溶解木质素、半纤维素以及破坏纤维素的结晶结构,以提高纤维素酶的可及性.采用碱性双氧水法处理木质纤维素,应用部分重复因子设计的实验方法考察了反应时间(tR)、反应温度(Te)、双氧水用量(ch)、液固比(Vr)和 NaOH浓度(cb)5个因素对预处理效果的影响,确定tR＝18 h、Te＝70℃、ch＝1%、Vr＝8 g·L-1、cb＝10 g·L-1为较优化的条件.     

木质纤维素类生物质制取燃料及化学品的研究进展

木质纤维素类生物质含有丰富的纤维素和半纤维素多糖,通过微生物发酵将它们转化为能源及高附加值的化学品,对于缓解全球能源危机带来的压力和解决环境污染问题具有重要意义。介绍了木质纤维素类生物质的结构特征;评述了预处理方法,包括稀酸、高温液态水蒸气爆破、CO2爆破、氨爆、碱法、有机溶剂法、生物处理法;重点介绍由生物质生产乙醇、丁醇及生物柴油的研究现状。指出开发高效环保的预处理方法、构建耐毒高产菌株和应用连续发酵或补料批式发酵方式等是加快木质纤维素类生物质发酵利用工业化进程的关键所在。     

稻草秸秆3种预处理方法的比较

底物w(纤维素)和w(半纤维素)是木质纤维素转化为乙醇、乳酸和其他化学品最为重要的因素。为了提高底物w(纤维素)、w(半纤维素)和糖化得率,该文采用稀硫酸、氢氧化钠和氢氧化钠联合过氧乙酸等3种化学方法对稻草秸秆进行了预处理。结果表明,用ρ(NaOH)=20 g/L的碱液于85℃与ρ(过氧乙酸)=60 g/L酸液于75℃联合处理秸秆时,秸秆w(纤维素)从41.5%上升到81.5%,w(半纤维素)下降为13.7%,纤维素酶酶解48 h葡萄糖质量浓度达37.7 g/L,木糖质量浓度为12.8 g/L;用ρ(NaOH)=20 g/L碱液于121℃处理秸秆时,秸秆w(纤维素)为66.3%,w(半纤维素)为20.2%,酶解60 h后葡萄糖质量浓度为33.5 g/L,72 h木糖质量浓度为15.1 g/L。     

Extrusion Pretreatment of Lignocellulosic Biomass: A Review

Bioconversion of lignocellulosic biomass to bioethanol has shown environmental, economic and energetic advantages in comparison to bioethanol produced from sugar or starch. However, the pretreatment process for increasing the enzymatic accessibility and improving the digestibility of cellulose is hindered by many physical-chemical, structural and compositional factors, which make these materials difficult to be used as feedstocks for ethanol production. A wide range of pretreatment methods has been developed to alter or remove structural and compositional impediments to (enzymatic) hydrolysis over the last few decades; however, only a few of them can be used at commercial scale due to economic feasibility. This paper will give an overview of extrusion pretreatment for bioethanol production with a special focus on twin-screw extruders. An economic assessment of this pretreatment is also discussed to determine its feasibility for future industrial cellulosic ethanol plant designs.     

Enhanced enzymatic hydrolysis of rice straw pretreated by alkali assisted with photocatalysis technology

BACKGROUND: The fermentable sugars in lignocellulose are derived from cellulose and hemicellulose, which are not readily accessible to enzymatic hydrolysis because of their biological resistance, so that pretreatment of lignocellulose is needed for this process. In this work, a novel lignocellulose pretreatment method using alkali solution assisted by photocatalysis was investigated. RESULTS: The reaction conditions of nano‐TiO₂ dosage and photocatalysis time were optimized at 2 g L^?1 and 1 h, respectively. After pretreatment under these conditions, cellulose in rice straw was increased from 37.5% to 71.5%, and lignin decreased from 18.5% to 9.0%. The results of X‐ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT‐IR) and scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that the physical properties and microstructure of the straw were changed by this pretreatment, which favored the following enzymatic hydrolysis. The enzymatic hydrolysis rate of the straw pretreated using this technology was verified to be 73.96%, which was 2.56 times higher than that obtained with the alkali procedure. CONCLUSION: The proposed photocatalysis pretreatment technology was more efficient at degrading the lignin and hemicellulose in rice straw than alkali pretreatment, making it more readily available for the following enzymatic hydrolysis process. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry     

秸秆中木质素对其超低酸水解过程的影响

以湖北稻草秸秆为研究对象,研究了超低酸水解木质纤维素的适宜条件,测定了适宜条件下的超低酸法水解15种不同种类秸秆的纤维素及半纤维素的转化率、还原糖得率及结晶度的变化。实验结果表明:秸秆投料量3 g、硫酸投料量45 mL(硫酸质量分数0.05%)、搅拌转速500 r/min、反应温度210 ℃、反应时间10 min为适宜的水解条件。对15种不同种类秸秆的水解结果统计得到,随着秸秆中木质素含量的增大,纤维素和半纤维素的转化率都逐渐降低,还原糖得率逐渐降低;通过SEM和X衍射分析水解前后的木质纤维素结构,得到了木质素影响水解过程的方式:1)木质素含量越大,纤维素的结晶度越大,纤维素的非晶化越困难,从而影响了纤维素的水解;2)原木质素不溶于反应体系且在酸性条件下相对稳定,富木质素层的木质素阻碍反应物与产物扩散,使富木质素层内的纤维素、半纤维素水解速率降低;3)木质素含量越高,木质纤维素的富木质素层越厚、强度越大,水解时难以从颗粒表面脱落,进一步降低水解速率。