瘤胃微生物在木质纤维素生物质资源可再生生物转化中的应用研究进展

木质纤维素生物质是最丰富的可再生资源之一,将其高效转化为生物能源是缓解能源短缺和回收废弃物的有效途径。然而,因为木质纤维素复杂的网状结构,需要多种微生物和酶系的协同作用使其有效降解。反刍动物瘤胃作为一种天然的厌氧发酵体系,具有高效转化木质纤维素的功能,主要依赖于其复杂且协同的瘤胃微生物群落及分泌的酶。本文在总结瘤胃内与木质纤维素降解相关的微生物群落结构的基础上,重点综述了瘤胃微生物及其分泌的酶类在木质纤维素降解中的相关机理、人工瘤胃发酵系统的构建和提升降解效率的相关调控手段等方面的研究进展,旨在为利用瘤胃微生物实现木质纤维素生物质的价值化应用提供新的思路和方法。

木质纤维素生物质预处理技术的研究进展

预处理技术是利用木质纤维素生物质制取燃料乙醇的关键技术,该技术的改进和完善可提高纤维素的水解率,进而降低燃料乙醇的生产成本。笔者从预处理的必要性出发,综述了物理法、物理-化学法、化学法和生物法预处理木质纤维素生物质技术的国内外研究进展,对各种技术的处理效果进行了分析和总结,并对预处理技术的发展提出了展望和建议。

木质纤维素生物质水热液化的研究进展

对木质纤维素生物质的模型化合物(纤维素、半纤维素和木质素)的水热液化机理进行了剖析。纤维素和半纤维素降解路径主要是水解成单糖并进一步生成酸类、醛类、酮类等。木质素结构较复杂,液化产物中含有大量苯系化合物,具体木质纤维素生物质的水热液化反应更为复杂,不同的木质纤维素生物质原料水热液化产生的生物油含量不同;分析了原料种类、催化剂、反应温度、反应压力、对水热液化过程以及产品组成和收率的影响;对生物质水热液化制备生物油的研究进行了展望,认为发展木质纤维素生物质水热条件下降解的数学模型,开发新型反应器、研制催化剂,是今后生物质水热液化工程实验的发展方向。

木质纤维素生物质稀酸水解研究(Ⅰ)——连续水解反应器的研究与开发

应用自行设计的一套处理量为2kg/h生物质稀酸连续水解反应器,初步研究生物质的稀酸水解反应,以木屑为原料,稀硫酸为催化剂,考察反应温度、稀酸浓度、反应时间对转化率和产率的影响。结果表明,当温度为200℃,停留时间为6min,催化剂浓度为1%,木屑液固比为10L/kg时,可得到相对较理想的水解效果。

木质纤维素生物质预处理研究现状

预处理是木质纤维素生物质转化为燃料乙醇的关键步骤,综述了现有常见预处理技术的国内外研究现状,同时分析比较了各处理技术的优缺点,并对今后木质纤维素生物质预处理的主要研究方向进行了展望,以期为木质纤维素生物质转化条件的优化提供参考。

木质纤维素生物质生产乙醇的预处理技术

木质纤维素生物质经过预处理后,原料的内孔面积增大,纤维素的结晶性降低,并且半纤维素和木质素被去除,预处理后的生物质容易进行酶水解生产燃料乙醇。总结了近些年来的预处理技术,如物理法、化学法和生物法。

超声条件对乳化制取木质纤维素生物质柴油稳定性的影响

根据试验要求设计了槽式可变频率可控波形超声波乳化仪,采用正交试验方法研究超声条件对乳化制备木质纤维素生物质柴油的稳定性的影响。乳化液配制条件:HLB=5、乳化剂用量3%、生物质油掺量20%、0#柴油80%、占生物油含量20%的甲醇作为助乳化剂、乳化温度为常温。取40 mL乳化液,放在槽式可变频率可控波形超声乳化仪内,进行乳化。正交试验结果表明:在超声乳化生物质柴油效果及稳定性的影响因素中,影响最大的为超声处理时间、其次为超声功率、超声频率,最小为超声激励波形。超声作用的最佳操作条件是超声功率30 W,处理时间8 min,超声频率25 kHz以及超声波形为方波脉冲,在此条件下制取的乳化油稳定性能最好,且燃烧特性良好,自然放置稳定时间可达2 256 h。

深度共熔溶剂预处理木质纤维素生物质研究进展

木质纤维素生物质转化为生物燃料或化工产品一般需经历预处理、酶解及发酵过程,因其复杂的化学结构,在酶解前通常进行预处理以破坏其致密结构,提高酶与纤维素的可及性。深度共熔溶剂(DES)是一类新型的“绿色”溶剂,具有制备简单、价格低廉、性质可调、可生物降解、可循环使用等优势,可有效去除木质素组分,同时保留大部分纤维素,在生物质预处理方面具有巨大的潜力。本文介绍了DES的构成、分类及理化性质,总结了DES预处理对生物质组分的影响,并对预处理效果的影响因素如底物和DES的类型、溶剂黏度、温度、生物载量、微波及超声波辅助工艺和两阶段处理工艺等方面进行分析,探讨了DES和生物的相容性,最后针对DES存在的问题及缺点,提出了理性设计和大规模利用DES的机遇与挑战,本文可为实现生物质的低成本预处理和高价值利用提供新的思路。

木质纤维素生物质催化转化为高附加值产品的研究进展

从纤维素、半纤维素和木质素三种组分的角度,综述了木质纤维素生物质催化转化为高附加值产品的研究进展。对木质纤维素各组分可转化成的高附加值产品进行了简要的分类介绍,为木质纤维素的有效利用提供重要的可行性参考途径。重点归纳总结了糠醛、酯类、多元醇、烷烃等产品由木质纤维素催化转化而来的主要条件因素,并对各类催化剂的催化性能进行了简要的分析评价。最后对如何提高木质纤维素生物质催化转化为高附加值产品的效率提出了建议和思路。

木质纤维素生物质催化转化制备苯甲酸

本文报道了在常压条件下利用木质纤维素生物质（木屑）制取高值化学品苯甲酸的新途径．该转化过程分为三步：木屑催化裂解制备芳香物、重质芳香物解离制备甲苯以及富含甲苯的芳香物液相氧化制备苯甲酸．利用MnO2／NHPI催化剂，在100℃下反应5小时后，甲苯几乎完全转化，苯甲酸选择性达N85．1C—mol％,同时，详细研究了添加甲醇对木屑催化转化为甲苯的影响．

木质纤维素生物质精炼技术研究

随着世界范围内化石能源的日益枯竭，开发与利用可再生能源成为当务之急．生物质能是唯一能够获得液体、气体和固体燃料的可再生能源，发展和利用生物质能对人类社会的可持续发展意义重大．木质纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源．有资料表明：全世界每年植物体的生成量高达1.55×1011t干物质，其中纤维素、半纤维素的总量约为8.5×1010t．我国是一个农业大国，若能把大量的农林纤维原料充分利用起来生产生物质能源或作为生物材料，这将有利于改善目前资源紧张、环境恶化的状况，对实现可持续发展具有重要的经济和社会意义．

欧洲木质纤维素生物质精炼的现状与前景

2012年,欧洲生物经济战略正式启动,欧盟正式将生物经济定义为:利用和生产可再生生物质资源,并将这些资源和一些废弃物转化为高附加值的生物质产品的经济模式。在该战略及其有关方案的推动下,生物质精炼逐渐成为未来生物经济的重要组成部分。目前,欧洲共有40多家木质纤维素生物质精炼厂,本文主要介绍生物质精炼领域的关键要素,包括原料来源、加工方法和生物质产品市场等,以及这一新产业面临的挑战和未来的发展机遇。欧盟旨在支持该行业实现气候和生物质能源目标,推动欧洲范围内生物质精炼以及生物经济的发展,在一定程度上也为其他国家和地区发展生物经济提供了蓝本。

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。

微波热解木质生物质的研究进展

随着化石资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,开发与利用环境友好的可再生资源受到广泛关注。木质生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但是存在产物分布不均和经济价值不高等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用。系统地介绍了木质纤维素组分的结构,详细阐述了木质纤维素各组分的热解机制,并比较了微波热解与传统热解的差异,探讨了微波热解的影响因素以及微波催化热解木质纤维素的产物分布。此外,介绍不同种类催化剂(碳基材料、分子筛、金属氧化物等)在促进生物质微波热解中的作用,可以高效转化木质纤维素,优化微波热解产物的种类分布,并促进选择性生产特定高值化学品,以实现木质纤维素的资源化和高值化利用。最后,对木质纤维素热解未来研究方向和技术发展进行了展望。

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。

以木质纤维素生物质为降解底物的微生物燃料电池

随着能源需求的不断加大,将廉价、含量丰富、易再生的木质纤维素生物质与环境友好的微生物燃料电池(MFCs)技术结合起来将具有较大的应用前景.本文综述了木质纤维素生物质作为MFCs底物的研究进展,探讨了MFCs对于发酵抑制剂的降解情况,并对木质纤维素生物质MFCs的发展前景进行了展望.

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。