木质纤维素类生物质热解转化研究进展

综述了木质纤维素类生物质热解技术的研究进展,总结了不同生物质原料的热解机理,分析了产物的组成和性质,研究了产物的调控、改性和应用。指出未来的研究方向应该集中在以下几方面:技术改进,致力于改进生物质热解技术,提高能源转化效率和产物选择性;产品多样化,除了生物质热解产生的主要能源产品,如生物炭、生物油和生物气,还应着眼于开发高价值的化学品和材料,包括生物基化学品、特殊化学品和高性能材料;集成系统,应尝试将生物质热解与其他能源转化技术相结合,形成多能源联供系统,与生物质发酵、光催化、电解和储能等技术集成,以提高整体能源系统的效率和可持续性。

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。

木质纤维素类生物质高温液态水预处理技术

木质纤维素燃料乙醇是可再生能源的重要组成部分,其中可发酵糖的制取技术是木质纤维素乙醇化的关键技术之一。原料经过预处理后再进行酶解被认为是最有前景的糖化方式。高温液态水预处理技术与其它方法相比显示了独特的优势,如不需添加化学试剂、降解产物少等。本文在总结了高温液态水性质的基础上,对它在生物质预处理过程中各组分(半纤维素和木质素)的水解过程及机理进行了较详细的综述和分析。最后对高温液态水预处理技术在木质纤维素糖化领域中的研究和应用前景进行了展望。

木质纤维素类生物质稀酸水解技术研究进展

稀酸水解技术被广泛应用于木质纤维素类生物质制取燃料乙醇,是目前经济性最好的酶水解预处理技术。文章从稀酸水解工艺出发,综述了近年来稀酸水解技术中非常有发展前景的高温液态水和超低酸水解技术在国内外的研发现状,归纳了常用的5种水解反应器的处理性能,并对比分析了其优缺点,最后提出了稀酸水解技术在工艺及反应器设计方面的发展方向,为后续研究打下了基础。

木质纤维素类生物质超低酸水解试验及产物分析研究

在自行设计的木质纤维素类生物质超低酸水解装置上,结合以木聚糖和定量滤纸为模化物得到的半纤维素和纤维素水解的最佳工况,对白松、速生杨和玉米秸秆这三种在我国分布较为广泛的木质纤维素类生物质原料进行了高压液态水和超低酸水解相结合的两步水解研究,分别得到41．78％、57．84%和53．44％的原料转化率和39．28％、42．83％和23．82％的总还原糖转化率,并以HPLC定性了糖类产物,对产物中的低聚糖和单糖含量傲了对比,最后对速生杨水解残渣做了分析。

促进木质纤维素类生物质酶解的预处理技术综述

木质纤维素类生物质是通过微生物作用转化为乙醇和氢能的可再生糖资源,酶解木质纤维素是它向乙醇和氢能转化的第1步,但是由于木质纤维素类生物质的高稳定性,要得到较高的酶解率就必须先进行预处理。本研究主要总结了机械粉碎预处理、辐射预处理、稀酸预处理、碱预处理、氧化预处理、高温液态水预处理、蒸汽爆破预处理和生物预处理这些对木质纤维素类生物质酶解有促进作用的预处理技术的研究现状,分析各种方法的优势和不足,并对促进木质纤维素类生物质酶解的预处理技术发展方向作了简要分析。

木质纤维素类生物质组分分离研究进展

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源,不仅可以转化为能源燃料及高附加值化学品,而且可以通过生物、物理或化学方法获得各种可再生的生物基材料,而将生物质组分分离是将其充分利用的重要前提。本文在介绍木质纤维素类生物质结构组成和特点的基础上,综述了木质纤维素类生物质组分分离的方法,并主要对高温液态水法、有机溶剂法和深度共熔溶剂法的应用进行了评述,提出了高温液态水耦合深度共熔溶剂的高效、绿色分离思路。

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,D E S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。

木质纤维素类生物质的应用和预处理研究进展

本文总结分析了我国木质纤维素类生物质的利用方式、预处理方式和水解动力学,并详细介绍了几种现在比较热门的处理方法,包括稀酸处理法、高温液态水法和固体酸催化法。稀酸在酶水解预处理中得到了广泛的应用,稀酸的脱木质素作用较弱,但是半纤维素的溶出率高;高温液态水预处理技术具有无需添加化学试剂、降解产物少等优势;固体酸催化法可以在较低的反应温度下实现纤维素的水解,并且催化剂可以回收利用。最后对各种预处理技术在木质纤维素糖化领域中的研究和应用前景进行了展望。

生物降解木质纤维素类生物质固废物的研究进展

自然界中的细菌、真菌和放线菌以及某些病毒都是能够降解某种纤维素的重要微生物,现代科技的发展使这种降解功能得以被发现。自然界的各种微生物在生物质固废能源转换和利用上具有十分重要的作用,不仅能够变废为宝,还能对生物质固废进行资源化利用。文章对生物质固废的相关处理技术、生物降解木质纤维素类生物质固废物的成果进行分析,总结了将微生物应用于生物质固废处理中的相关技术,并以物质纤维素固废为单位探讨分析相应的技术,旨在为我国的资源利用和绿色发展提供帮助与参考。

微生物降解木质纤维素类生物质固废的研究进展

自然界中的细菌、真菌、放线菌及某些病毒是降解木质纤维素的主要微生物,它们在生物质固废能源的转化和利用上起桥梁作用,能变废为宝,实现生物质固废的资源化利用。根据生物质固废相关处理技术及生物质固废资源化成果转化,总结微生物降解生物质固废的有关处理技术及应用。在综合国内外现有研究成果的基础上,以木质纤维素类生物质固废为例,从微生物种类和生物质固废资源化成果转化两个方面对微生物降解木质纤维素类生物质固废有关技术进行分析,提出每项技术存在的问题,并展望每项技术的发展前景。

基于生物基衍生有机溶剂的木质纤维素预处理研究进展

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源,但纤维素、半纤维素、木质素三组分之间复杂的键合结构限制了其有效的转化利用。有机溶剂预处理是消除这种顽抗性的有效方法,其能有效拆解三组分、提高纤维素酶水解性能,并回收高纯木质素组分。随着对溶剂绿色和可持续性的要求,预处理有机溶剂正逐渐向生物基衍生溶剂方向发展,近期已有多种新型的生物基衍生溶剂预处理的报道。本文系统综述了基于Hansen溶度参数理论和CHEM21绿色溶剂指南的有机溶剂预处理体系设计,分别归类为均相体系、两相体系和多元相转化体系,归纳了生物基衍生预处理有机溶剂应用的研究进展,在此基础上探论了生物基衍生溶剂预处理面临的挑战和应用前景,以期为木质纤维素类生物质的有机溶剂预处理体系的设计和选择提供参考。

木质纤维素类生物基材料研究进展

木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,不仅可以转化为能源及化工品,还可以合成相关的生物基材料。本文综述了以木质纤维素类生物质各组分为原料合成的生物基材料的种类、方法和应用,发现生物质是很好的化石材料替代品。直接将生物质各组分进行生物基材料合成会缩小其应用范围,运用化学改性方法对生物质各组分进行化学改性后再合成生物基材料,可以优化材料的一些性能,其中,基于生物质绿色、可降解和无污染的天然特性,在污水处理和替代相关石油基材料的原料方面其将发挥更重要的作用。

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。

生物质稀酸水解技术研究进展

木质纤维素类生物质稀酸水解技术的发展已有半个多世纪的历史了,它是纤维素制乙醇技术中的关键.论述了稀酸水解技术的发展历史和研究现状,并对反映稀酸水解技术发展的几种反应器做了详细的阐述和对比.最后展望了稀酸水解技术未来的发展方向.

木质纤维素资源化利用获进展

近日,南京理工大学研究团队通过将多组生物催化反应集成到单个微生物细胞,同步实现多种木质素解聚产物到芳香化合物没食子酸的转化。木质纤维素类生物质作为地球上丰富的可再生有机资源,可作为清洁燃料和化工产品的原料,制备燃料乙醇、木糖醇等产品。当前木质素组分的利用仍存在较大困难,利用木质素制备芳香族化合物对木质素高值化利用及提高木质纤维素类生物质利用的整体经济性均具有重要意义。

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。

纤维素酶与木质纤维素生物降解转化的研究进展

利用纤维素酶将预处理后的秸秆降解成可发酵性单糖,然后发酵生产所需的液体燃料及化工产品的技术,对于我国解决能源、环境、人口就业等难题有着巨大的积极影响。在木质纤维素生物降解转化工艺中,减少纤维素酶用量及提高酶解效率是降低木质纤维素降解成本的关键。纤维素酶系和木质纤维素酶水解技术的改进需要深入了解纤维素酶系统的组成及其协同作用、纤维素酶的结构与功能以及纤维素酶的生产技术。将就以上几个方面的研究进展进行讨论,并深入探讨了纤维素酶糖化能力的评价方法。

绿化废弃物定向转化产酵母油脂的技术研究

城市公园建设过程中产生大量的绿化废弃物,是潜在的绿色生物质资源。利用预处理技术破坏绿化废弃物复杂致密的木质纤维素结构并将液体部分直接发酵生产微生物油脂,能够有效实现绿化废弃物的高值化利用。结果表明,圆红冬孢酵母在350 W反应6 min的微波预处理液中长势更佳,累积生物量达1536.67 mg/L,总糖利用率为85.16%,酵母中油脂质量分数最终稳定在21.44%,其基本性质参数符合大多数生物柴油的标准。该联产模式实现了绿化废弃物向酵母油脂的定向转化,整体流程短、操作简便,为进一步开发利用绿化废弃物生产生物油脂的工艺路线和进行绿色生物制造提供了有力的支撑。

过表达tRNA基因tL(CAA)K提高酿酒酵母乙酸耐受性

乙酸是木质纤维素类生物质水解液中的常见毒性抑制物,选育乙酸耐受性好的酿酒酵母菌株,有利于高效利用木质纤维素类生物质,发酵生产生物燃料和生物基化学品。目前对酿酒酵母抗逆性的研究多集中在转录水平,但对转运RNA(Transfer RNA,tRNA)在耐受性中的作用研究较少。在对酿酒酵母抗逆性研究过程中发现,一些转运RNA基因在耐受性好的酿酒酵母菌株中转录明显上调。本文深入分析了精氨酸tRNA基因tR(ACG)D和亮氨酸tRNA基因tL(CAA)K过表达对酿酒酵母耐受木质纤维素水解液的影响。结果表明,在4.2 g/L乙酸胁迫条件下进行乙醇发酵时,过表达tL(CAA)K的菌株生长和发酵性能均优于对照酵母菌株,乙醇生产强度比对照菌株提高了29.41%,但过表达tR(ACG)D基因的菌株生长和代谢能力较对照菌株明显降低,体现了不同tRNA的不同调控作用。进一步分析发现,过表达tL(CAA)K的重组酵母菌株乙酸耐受性调控相关基因HAA1、MSN2和MSN4等胁迫耐受性相关转录因子编码基因的转录水平上调。本文的研究为选育高效利用木质纤维素资源进行生物炼制的酵母菌株提供了新的改造策略,也为进一步揭示酿酒酵母tRNA基因表达调控对抗逆性的影响提供了基础。