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。     

木质素解聚和液相催化降解研究进展

木质纤维生物质作为地球上最丰富的可再生资源, 不仅储量巨大而且在利用过程中具有碳平衡的显著优势, 已逐渐成为最具发展前景的可再生能源之一。木质纤维中的木质素是自然界最大且唯一的可再生芳香族化合物原料, 在生物质燃料转化, 尤其是解聚生产苯系化工产品等领域具有极为重要的作用和意义。本文在简述木质素化学结构的基础上, 综述了近年来木质素高温热解聚, 生物酶解聚, 催化热解聚, 光催化解聚和溶剂热解聚等解聚方法, 深入分析了液相催化过程中酸、碱催化体系, 加氢和氧化催化体系的机理及优缺点, 总结了现阶段木质素解聚方法中存在的问题, 并对未来的发展方向进行了展望。     

国外专利文献

由生物质生产碳水化合物、乙醇和树脂本发明披露了用生物质生产乙醇的过程,通过加热含有20-40%碱金属氢氧化物的水溶液使木质纤维素键断裂。然后继续加热生物质,除去由于从纤维素和木素生成碳水化合物混合物而产生的二氧化碳,调节钠木素,微纤维,木素纤维树脂产品和碳酸钠。加水     

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。     

利用农林废弃物制备低聚木糖的研究进展

低聚木糖是一种高附加值的功能性低聚糖,其生理功能受到人们的广泛关注。本文综述了低聚木糖的结构和生理功能,以及目前国内外利用农林废弃物等木质纤维资源来制备生产低聚木糖的主要技术和方法。其中,寻找环境友好且具备经济效益的生物质预处理联产工艺可以实现木质纤维原料中纤维素、木质素、半纤维素的合理化利用,在生产制备低聚木糖的同时,也具备了极大的商业潜力,成为目前研究的热点。     

木质纤维素乙醇原料预处理技术的研究进展

近十年来,随着石油价格的上涨以及化石燃料使用对全球变暖的影响,利用木质素纤维素制取燃料乙醇日益成为国内外研究的热点。木质纤维素制取乙醇的主要步骤包括:原料的预处理、纤维素的糖化、发酵、产品分离。木质纤维素的组成包括木质素、半纤维素和纤维素,其中木质素和半纤维素对纤维素的水解具有阻碍作用。因此,在木质纤维素制取乙醇的工艺过程中,原料的预处理是非常关键的步骤,影响整个木质纤维素乙醇的生产过程。文章回顾了木质纤维素原料主要的预处理技术的最新进展,并结合后续的水解与发酵工序,对各种预处理技术的优缺点进行了对比。     

木质纤维原料生物转化燃料乙醇的研究进展

木质纤维生物量能够用来生产一种可替代有限的石油产品的能源——乙醇。木质纤维的转化主要分两个步骤木质纤维生物量中纤维素水解生成还原糖;糖发酵成乙醇。基于目前的技术,木质纤维原料生产乙醇的主要问题是得率低、水解成本高。促进木质纤维水解的方法包括木质纤维原料预处理脱除木素和半纤维素;纤维素酶的优化;同步糖化发酵法(SSF)。     

纤维素乙醇的原料预处理方法及工艺流程研究进展

木质纤维生物质是储量丰富且最有前景的生产燃料乙醇的可再生生物质资源,利用木质纤维生物质生产乙醇主要包括以下步骤：原料预处理、发酵以及产物分离纯化,其中,原料的预处理工艺是限制纤维素乙醇产业化的一个技术瓶颈。本文对酸法、碱法、蒸汽爆破法、合成气法等7种典型预处理方法进行了介绍并对其工艺流程进行简要的说明,同时对不同的预处理方法的优劣、适用范围和工艺流程转化效率等进行了对比,以期为纤维素乙醇预处理方法的工艺选择和评价提供一些参考。提出了纤维素乙醇的产业化前景：不同预处理技术的合理结合使用会有效提高转化率;较好的过程设计能够降低成本,有利于整个过程的经济性。     

我国纤维素乙醇生产技术的专利研究近况

木质纤维素是地球上现存量最大的生物质资源,利用该类原料生产燃料乙醇是木质纤维素类生物质工业化的一个重要方向。选取纤维素乙醇生产工艺中的原料预处理、水解糖化、乙醇发酵,以及废水处理等关键技术点,利用专利文献的检索与分析方法,介绍了不同关键技术点的专利研究近况,旨在全面了解纤维素乙醇生产技术国内发展现状,从而为该项技术的研究方向和产业发展提供一定的专利参考信息。     

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。     

基于乳酸的深度共熔溶剂提取秸秆木质素对纤维素酶水解效率的影响

基于乳酸的深度共熔溶剂（DES）在脱木素和木质纤维素转化方面显示出巨大潜力。本文以乳酸为氢键供体（HBD）,氯化胆碱、盐酸胍、精氨酸、甜菜碱盐酸盐为氢键受体（HBA）合成了4种DES,并分别提取了木质素,对比研究了4种木质素对微晶纤维素酶水解效率的影响。结果表明,4种DES提取木质素的疏水性与其对酶蛋白吸附能力线性正相关,而两者与木质素与酶水解效率呈线性负相关性。非特异性吸附是该类木质素抑制纤维素酶水解效率最重要的因素,而疏水性作用则是引起酶蛋白吸附的主要原因。结构分析表明木质素的脂肪族羟基和酚羟基主导的氢键相互作用是促进酶蛋白吸附、降低酶水解效率的原因之一。此外,由羧基产生的静电斥力对纤维素酶水解效率的影响较弱。随着DES提取木质素能力的增强,木质素的羟基和羧基含量逐渐增高,其对纤维素酶的抑制作用增大。氯化胆碱-乳酸因其优良的木质素提取和生物质解构能力,提取的木质素对酶的抑制作用最强,其次是乳酸-盐酸胍和乳酸-甜菜碱盐酸盐,最后是乳酸-精氨酸。     

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。     

农业生物质与塑料共热解技术进展

共热解技术是将多种原料通过热化学方法转化为清洁能源的重要手段。本文综述了以农业生物质为主要原料与塑料(聚丙烯PP、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等)共热解技术的发展现状和研究进展。分析农业生物质与塑料共热解的动力学模型以及各组分之间的协同效应,阐述农业生物质与塑料的共热解机理;总结了温度、升温速率、滞留时间、原料混配比等因素对共热解协同作用的影响规律;探究生物质与塑料共热解固、液、气三相产物特性及分布规律,总结共热解技术优势及存在问题,展望未来发展方向,可为生物质与塑料共热解制备高附加值产品提供参考,同时也为农业生物质和农膜处理问题提供新方法、新思路。     

木质素及其模型化合物热解研究进展

木质素是世界第二大可再生生物质资源,实现木质素的资源化、高值化利用对国民经济发展具有重要意义。木质素热解因具有成本低廉、操作简单、可获得高附加值产品等优点受到了学者的广泛关注。本文综述了β-O-4、α-O-4、β-5等木质素模型化合物的热解机理,比较了模型化合物中不同种类连接键断裂的难易程度及生成产物的区别;概述了木质素热解过程的特性、影响因素及产物分布规律,阐述了催化剂对热解过程的影响,尤其是金属盐类和分子筛对热解产物组成的影响规律和催化作用机制,详细介绍了木质素热解制备酚类化学品和生物油的关键控制因素及产品特点;针对现有木质素热解技术存在的机理不明确、目标产物选择性低、产物提纯困难等问题,对探索热解机理、开发新型催化剂及生产工艺、提高经济效益等发展方向进行了展望,为木质素资源化利用提供了理论基础。     

植物纤维素水解渣综合利用生产乙酰丙酸及木素活性炭

本文对植物纤维素水解渣高温加压水解生产乙酰丙酸和综合利用制木素活性炭的工艺进行了探讨。     

Integrated chemo- and biocatalytic processes: a new fashion toward renewable chemicals production from lignocellulosic biomass

Concerns over climate change and environmental pollution resulting from petroleum refining has spurred the exploitation of green replacements for producing chemicals and fuels. Valorization of lignocellulosic biomass into chemicals represents a promising alternative to petroleum refining. Biological and chemical catalysis are two leading routes for lignocellulose variolization, but strategies relying simply on biological or chemical conversion have shown limitations. Integrating biocatalysts with chemocatalysts could leverage the inherent strengths of both while circumventing their respective disadvantages, benefiting product yield and selectivity, and reducing cost and waste generation. This review focuses on the coupled chemocatalytic and biocatalytic synthesis of renewable chemicals from polysaccharides and their derived platform chemicals. In addition, strategies for producing value-added products from lignin via integrated chemical depolymerization and biological conversion are highlighted. The techno-economics of integrating chemocatalysts and biocatalysts in producing chemicals in the context of biorefinery are also discussed. Finally, perspectives on designing integrated chemical and biological catalysis for renewable chemicals production are provided. © 2022 Society of Chemical Industry (SCI).     

植物基因工程对生物燃料生物质特征的改进

全球每年有多达10～50Gt的廉价植物纤维素可再生利用。美国年产40亿加仑的乙醇,大多数是以玉米为原料生产的。目前多数利用微生物产生的纤维素酶对植物纤维素进行降解预处理,去除木质素,转化为可发酵的糖,进而生产乙醇。发酵前预处理及微生物反应器产酶成本都比较高。最新的植物基因工程研究致力于改善这种状况,降低成本,利用植物自身产纤维素酶和木质素酶来降解纤维素和木质素,或者提高生物质总产量或在植株中增产纤维素。     

木质纤维原料蒸汽爆破-生物联合预处理及其生物脱毒研究进展

在木质纤维素类生物质结构中,木质素是生物质中纤维素与半纤维素进行生物降解的天然抗性屏障,预处理是打破木质纤维素抗性结构这一阻碍生物转化与利用瓶颈的最主要途径。本文分别概述了木质纤维素蒸汽爆破预处理技术与生物预处理技术的研究现状,介绍了蒸汽爆破-生物联合预处理的研究进展,分析了蒸汽爆破预处理过程中抑制物产生的机理和主要抑制物的种类,并提出了具有脱毒效果的蒸汽爆破-生物联合预处理技术,以及木质纤维素高效预处理技术研究发展方向。