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。     

木质纤维素水解制取燃料乙醇研究进展

以木质纤维素生产燃料乙醇具有原料可再生性和环境友好的优点而备受重视.本文介绍了国内外木质纤维素制取燃料乙醇中的水解工艺过程,包括浓酸水解、稀酸水解和酶水解工艺,分析了各工艺的技术特点,同时指出稀酸预处理-酶水解工艺将成为近几年国内外研究和开发的重点.     

木质纤维素制取燃料乙醇水解工艺技术进展

以木质纤维素生产燃料酒精因为具有原料可再生性和环境友好的优点而备受重视。本文介绍了木质纤维素制取燃料乙醇中的水解工艺过程,包括浓酸水解、稀酸水解和生物酶水解,讨论了各个工艺的关键技术问题。     

木质纤维素燃料乙醇生物转化预处理技术

由丰富的木质纤维素资源制备乙醇有利于缓解能源紧缺、减少环境污染、实现可持续发展.然而某些物理、化学因素阻碍了木质纤维素中纤维素和半纤维素的转化和利用.预处理引起物理和/或化学上的变化,主要目的是改变或去除各种结构和(或)化学障碍,增加纤维素酶解率和转化效果,是一系列纤维素乙醇转化技术中的关键和核心.本文就纤维素乙醇生物...     

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。     

木质纤维素类生物质制备燃料乙醇的微生物研究进展

从木质纤维素制备燃料乙醇的基本工艺可以分为预处理、 水解、发酵和纯化4个部分。考虑到微生物方法在工业化生产中具有的低成本优势,本文就微生物在预处理中的应用,微生物在纤维素酶生产中的应用以及微生物在乙醇发酵中的应用这三方面的研究现状进行了综述,并进一步分析了在改进原料预处理、提高纤维素酶产量和活性、扩大糖原范围、优化水解发酵工艺等方面的研究进展。     

离子液体预处理油料作物木质纤维素

选取了3种离子液体：氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)、溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)以及氯化1-辛基-3-甲基咪唑([Omim]Cl),对油料作物木质纤维素部分：花生秸秆、花生壳以及油菜秸秆进行了预处理。对处理前后的物料进行了组分、酶解产糖以及结构分析。原料经酶解后,花生秸秆的产糖率最高(54.31%),且木质素含量最低,表明其更利于生物燃料的生产。3种离子液体中[Bmim]Cl预处理效果最好,产糖率最高可达85.43%(花生秸秆)。采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)分析,花生秸秆表面最不完整,结构松散,结晶区域少。经离子液体处理后,所有物料均变得疏松多孔,表面粗糙,提高了物料的可及度。在此基础上,分析阴阳离子对于木质纤维素的溶解过程,发现氯离子和[Bmim]⁺对于纤维素的溶解影响最显著。     

生物质基平台化合物乙酰丙酸的研究进展

综述了乙酰丙酸的化学合成过程,探讨了近年来纤维素生物质制备乙酰丙酸的技术进展,并对其最新应用进行了总结,同时对相关领域的研究发展提出了建议。     

木质纤维素生物质制取燃料乙醇的化学预处理技术

介绍了木质纤维素生物质原料的组成及结构,并对制取燃料乙醇的各种化学预处理方法进行了综述和分析,对生物质化学预处理技术发展进行了展望.     

Integrated furfural production as a renewable fuel and chemical platform from lignocellulosic biomass

Furfural is a natural precursor to furan‐based chemicals and has the potential to become a major renewable platform chemical for the production of biochemicals and biofuels. However, current industrial furfural production relies on relatively old and inefficient strategies that have hindered its capacity, and low production yields have strongly diminished its competitiveness with petroleum‐based alternatives in the global market. This mini‐review provides a critical analysis of past and current progress to enhance furfural production from lignocellulosic biomass. First, important chemical and fuel products derived from the catalytic conversion of furfural are outlined. We then discuss the importance of developing integrated production strategies to co‐produce furfural with other valuable chemicals. Furfural formation and loss chemistries are explored to understand effective methods to improve furfural yields from pentosans. Finally, selected relevant commercial and academic technologies that promise to improve lignocellulosic furfural production are discussed. © 2013 Society of Chemical Industry     

咪唑类离子液体对木质纤维预水解液的脱毒

针对燃料乙醇生物炼制过程中抑制物对酵母乙醇发酵的抑制作用,以水洗稀酸蒸汽爆破预处理玉米秸秆得到的预水解液为研究对象,采用新型绿色脱毒技术--离子液体进行萃取脱毒,研究比较了两种咪唑类离子液体[烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体[C_nmim][PF₆](n 4,6,8)和烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体[C_nmim][BF₄](n 6,8)]对预水解液的萃取性能。结果表明,随着咪唑类离子液体阳离子烷基链长度的增加,离子液体对抑制物的萃取性能下降,具有更强电负性的阴离子为BF₄^-的离子液体比阴离子为PF₆^-的离子液体萃取效率更高。通过比较糖与抑制物的萃取率,最终选择[C₈mim][BF₄]作为预水解液的萃取剂,结果显示其对主要抑制物甲酸、乙酸、5-羟甲基糠醛的萃取率分别为53.22%、47.53%和85.13%,总酚的萃取率为65.05%,而糖的损失率在6%以内。     

木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展

液态烷烃C₅₊是汽油、柴油、航空燃油等当前社会的运输燃料的主要成分。本文综述了利用木质纤维素衍生平台化学品制备液体燃料的研究进展,着重总结了生物质衍生平台化学品通过碳链增长得到长链含氧化合物,然后经过加氢脱氧（HDO）得到C₇₊液体烷烃的技术研究进展。木质纤维素衍生平台化学品包括山梨醇、糠醛、5-羟甲基糠醛（HMF）、环戊酮、甲基呋喃、酚类、丙酮、丁醇、乙醇、乙酰丙酸、γ-戊内酯等。其中,糠醛、5-羟甲基糠醛和环戊酮在碱性催化剂作用下能与其他羰基化合物发生羟醛缩合反应实现碳链增长;甲基呋喃、苯类及苯酚类衍生物可以在强酸催化作用下通过烷基化/羟烷基化反应实现碳链增长;丙酮能与乙醇、丁醇发生α-烷基化反应实现碳链增长;乙酰丙酸可以转化为戊酸、丁烯或当归内酯,再分别通过酮基化反应、烯烃齐聚反应和加成反应实现碳链增长。诸多利用生物质衍生物化学品制备长链烷烃的路径中,利用5-羟甲基糠醛和甲基呋喃制备长链烷烃的技术路线存在路径过长、原料不易获取的问题;利用环戊酮和苯酚类物质能够得到高密度长链环烷烃,是一条有竞争力的路线;糠醛和乙酰丙酸易于从生物质中大规模制取,且利用糠醛和乙酰丙酸制备长链烷烃的反应路径短,较易实现工业应用。     

木质纤维素解聚平台分子催化合成航油技术的进展

航油作为一种重要的空中交通燃料,它的不可替代性和航空业碳减排的压力,迫使航空业对生物航油的需求不断加大。由于油脂原料的局限性,使得未来生物航油的原料将趋向多元化发展,逐渐延伸到糖、木质纤维素等原料。木质纤维素类生物质具有储量丰富、廉价易得的优势,以木质纤维素为原料制备航油的技术近年来得到了大力发展。然而木质纤维素组分中的碳链结构与航油分子的碳链结构不匹配,所以木质纤维素制备航油的技术关键在于如何以中间分子,如CO和H₂小分子的费托合成路线以及糠醛、乙酰丙酸等木质纤维素解聚平台分子的合成路线,通过合适的催化反应合成长链正/异构烷烃（C₈～C₁₆）。由于木质纤维素解聚平台分子保留了原料组分中的碳骨架以及多种功能官能团,比较容易通过合成方法来调控燃料的品质和特性,所以近年来有关木质纤维素解聚平台分子催化合成航油的技术途径及其催化工艺的报道不断涌现。为了充分认识此类航油技术的发展潜力,本文以糠醛、乙酰丙酸、多元醇等几种重要平台分子的碳链构建方式为线索总结了合成航油的各种技术途径和相应的催化工艺。并结合作者的研究工作,从技术应用性和化工过程实现的角度分析了各种技术途径的优缺点以及所面临的共性难题,同时对未来生物航油技术的发展进行了初步展望。     

液态生物质燃料重整及其在固体氧化物燃料电池中的应用

固体氧化物燃料电池（soild oxide fuel cell,SOFC）是一种清洁高效的发电装置,它可以利用氢气或碳氢燃料发电。液态生物质燃料是一种可再生碳氢燃料,它通过将生物质进行快速催化热解后,经过进一步催化加工制得,主要包括生物甲醇、生物乙醇、生物柴油及其副产物生物甘油等,将SOFC与液态生物质燃料结合,具有便携、清洁和高效等优点。本文分析了包括生物甲醇、生物乙醇、生物柴油以及生物甘油在内的液态生物质燃料的重整研究及其在SOFC中的应用进展,包括重整转化机理与效率、产物选择性、应用于发电存在的优势与难题等。通过对液态生物质燃料进行催化重整,可有效抑制SOFC直接使用液态生物质燃料发电存在的阳极积炭失活现象,从而提高发电效率,延长SOFC使用寿命。总结了目前液态生物质燃料直接用于SOFC发电的研究进展,提出了未来的研究方向,以期提高液态生物质燃料在SOFC中的利用效率和稳定性。     

Renewable fuels from biomass: Technical hurdles and economic assessment of biological routes

Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable source of polysaccharides that could be available in amounts sufficient to provide a source of sugars for carbon neutral biofuel production. We review the background to biofuels production in the US from corn sugars and subsequent R and D efforts to saccharify plant biomass to provide an alternative sugar source. Research efforts and programs have generally not addressed the key technical hurdles in providing a commodity‐scale supply of biomass and in developing biological routes to saccharify it at high yields. Techno‐economic analyses of proposed processes highlight the importance of biomass cost, the role of pretreatment on both inhibitor generation, and the contribution of enzyme costs to saccharification. Alternatives, such as the production of fatty acids by microalgae, have comparable technical hurdles. Although there is a regulatory framework for biofuels, which is discussed, a credible biological process for large‐scale, cost‐effective production of lignocellulosic biofuels remains elusive. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 2689–2701, 2015     

Catalytic chemistry of preparation of hydrocarbon fuels from vegetable oils and fats

The problem of preparing engine fuels from renewable feedstocks via the catalytic processing of inedible vegetable oils and fats is considered. Different types of inedible feedstocks are described, including algae, inedible plants, wood processing products, and waste fats and oils. Catalytic processes are considered for preparing the second generation biodiesel through the hydrodeoxygenation and deoxygenation of triglycerides and fatty acids, and of their derivatives. Brief information on catalysts for the deoxygenation of fatty acids is given. Special attention is given to analyzing the mechanism and kinetics of the deoxygenation reaction. Based on conducted kinetic and quantum-chemical investigations and using the literature data, a deoxygenation mechanism is proposed by the authors that explains the observed dependences of decarboxylation and decarbonylation contributions on the reaction conditions (the stearic acid, water, and catalyst concentrations, the hydrogen and CO pressures, and the temperature). Examples of the application of hydrocarbon biodiesel in transport are presented.     

液体碳氢燃料蒸汽重整制氢催化剂研究进展

液体碳氢燃料具有能量密度高、氢含量大及便于储存和运输的特点,以其为原料经重整制氢并应用到移动式的燃料电池/加氢站对民用设备及国防武器等具有现实意义。本文首先对液体碳氢燃料蒸汽重整机理进行概述,明确当前催化剂面临的积炭、硫中毒等主要问题,从而指导高性能催化剂的设计和开发;其次,总结了几种典型液体碳氢燃料（汽油、煤油、柴油、焦油、含硫碳氢燃料等）蒸汽重整催化剂的相关进展,对比了不同催化剂在相应工艺条件下的活性及稳定性;最后,归纳了几类蒸汽重整过程强化技术包括等离子体重整、化学链重整、吸附增强重整及反应与分离耦合重整,说明了各类强化技术的优点及存在的不足,提出通过构建高效催化剂与蒸汽重整强化技术耦合有望实现液体碳氢燃料的高效转化制氢。希望本综述能为进一步研究液体碳氢燃料重整制氢提供相关指导。