木质纤维素类生物质制备生物乙醇进展
棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述
棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述摘要乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。
我国目前燃料乙醇生产的主要原料是陈化粮，但我国陈化粮可用于燃料乙醇生产的量十分有限。
棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素和其它灰分等组成，经过预处理、发酵和脱水可生成燃料乙醇，在能源急剧短缺的今天，丰富而又可再生的棉花秸秆已经备受关注。
纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤，该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。
本文总结了纤维质材料预处理的各种方法，对各种方法的优缺点进行了综述和分析，并对生物质预处理技术发展的前景进行了展望。
关键词：棉花秸秆；预处理；生物乙醇RESEARCH ON PRETREATMENT OF COTTON STALK FORBIOETHANOL PRODUCTIONABSTRACTEthanol is promising alternative energy source for the limited crude oil. Ethanol mainly comes from aged grain in our country.However, the aged grain which is used to produce ethanol is lim-ited. Cotton stalk is composed of cellulose, hemicellulose, lignin and solvent extractives. Ethanol can be obtained by pretreatment, fermentation and dehydration of cotton stra-w. In the current circumstances of energy shortage, abundant and renewable cotton str-aw has caused widespread concern.Petreatment, the critical technology for transformation of lignocellulosic materials to ethanol, can significantly enhance the hydrolysis of cellulose, and then reduce the cost of ethanol production. Progress in research and development of pretreatment is re-viewed in this paper, and the advantages and disadvantages of different methods of pretreatment a-re summarized and analyzed in detail. The prospect of pretreatment is also discussed.KEY WORDS: Cotton stalk; Pretreatment; Bioethanol第一章文献综述1.1 前言能源是当今社会赖以生存和发展的基础。
纤维素酒精预处理技术进展
维素原料预处理技术进行 了综述 ， 认 为水热预 处理工艺不需要额外添加和回收化 学溶剂 ， 废水 易于生化 处理 ， 将 是最具 － ￣＆４ Ｌ 前景 的预处理技术 。阐述 了我 国相关企业在借鉴半纤维素利 用技术 ， 使复杂的纤维素 乙醇的预处 理过程成为功能性糖或糠醛等产 品的生产过程 ， 降低预处理成本 ， 实现原料 资源最大化利用等方面进行 的有益
纤维素酒精预处理技术进展
黄加 军 ， 杜金 宝 ， 闰 莉 ， 张敏 华 ２ ７ 吕惠生 ：
（ １ ． 广西 中粮生物质能源有限公 司 ， 广西 北海 ５ ３ ０ ０ ２ ８ ； ２ ． 天津大学石油化工技术开发中心， 天津 ３ 乙醇是最具发展前景的 生物质能源生产路线。对纤维素 乙醇生产瓶颈技 术的纤
ＨＵ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ａ － ｊ Ｈ Ｂ ， Ｄ Ｕ Ｊ ｉ ｎ — ｂ ａ ｏ ，Ｙ Ａ Ｎ Ｌ ｉ ，Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｍｉ ｎ — ｈ ｕ ａ ，Ｌ Ｖ Ｈ ｕ ｉ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ￣
（ １ ．Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｃ Ｏ Ｆ Ｃ Ｏ Ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｂ ｅ ｉ ｈ ａ ｉ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ５ ３ ０ ０ ２ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
尝试 ， 以及 取得 的产 业 化 进展 。
关键词 ： 纤维素酒精 ； 预 处理 ； 纤维素 ； 半 纤维素 ； 木质素 中图分类号 ： Ｔ Ｓ ２ ６ ２ ． ２ ； Ｔ Ｓ ２ ６ ｔ ． ４ 文献标识码 ： Ｂ
Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ０ ｆ Ｌｉ ｇ ｎ０ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕｌ ０ ｓ ｅ Ｐｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎｔ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｃｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏ ｓ ｉ ｃ Ｅｔ ｈ ａ ｎｏ ｌ
生物质能转化技术的进展
生物质能转化技术的进展能源是人类社会发展的重要物质基础，随着传统化石能源的逐渐枯竭以及环境问题的日益严峻，寻找和开发可持续的、清洁的新能源成为了当今世界的紧迫任务。
生物质能作为一种可再生能源，具有来源广泛、储量丰富、环境友好等优点，其转化技术的研究和发展备受关注。
生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。
生物质能的储存形式多样，如木材、农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾等。
这些生物质资源可以通过不同的转化技术，将其转化为有用的能源形式，如热能、电能、生物燃料等。
目前，生物质能转化技术主要包括直接燃烧、热化学转化和生物化学转化三大类。
直接燃烧是最古老也是最常见的生物质能利用方式。
通过将生物质直接在炉灶、锅炉或壁炉中燃烧，产生热能用于供暖、炊事或工业生产。
然而，这种方式的能源利用效率较低，且容易造成环境污染。
为了提高燃烧效率和减少污染，现代的生物质直接燃烧技术通常采用先进的燃烧设备和尾气处理装置，如流化床燃烧炉和生物质气化联合循环发电系统等。
热化学转化技术主要包括气化、热解和液化。
生物质气化是在一定的温度和气化剂（如空气、氧气、水蒸气等）的作用下，将生物质转化为可燃气体，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷等。
这些可燃气体可以用于发电、供热或作为化工原料。
生物质热解则是在无氧或缺氧的条件下，将生物质加热到一定温度，使其分解为生物油、炭和可燃性气体。
生物油可以进一步提炼为燃料油或化工产品，炭可以用于土壤改良或作为燃料，可燃性气体可以用于发电或供热。
生物质液化是将生物质在高温高压和催化剂的作用下，转化为液体燃料，如生物柴油和生物乙醇等。
生物化学转化技术主要包括发酵和厌氧消化。
发酵是利用微生物（如酵母菌）将生物质中的糖分转化为乙醇。
这种乙醇被称为生物乙醇，可作为汽车燃料与汽油混合使用。
然而，生物乙醇的生产受到原料供应和生产成本的限制，目前主要以粮食作物（如玉米、小麦）为原料，存在着“与人争粮”的问题。
木质纤维素预处理方法的研究进展
木质纤维素预处理方法的研究进展摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法､原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望｡关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展Research Advances of Pretreatment Technology of LignocelluloseAbstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward.Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题｡作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一｡利用木质纤维素生产生物乙醇､丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容｡我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆､林业副产品､城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染､食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义｡1 木质纤维素的结构木质纤维素是指以纤维素､半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%､15%~25%和15%~30%｡纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解｡半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖､阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖､甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖｡木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性｡纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]｡2 预处理的目的木质纤维素的转化利用可分为原料预处理､酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技术瓶颈在于预处理技术不够成熟以及纤维素酶活性较低,造成生产成本过高｡通过原料的预处理,可以破坏纤维素的结晶结构,降低木质素的聚合度,提高木质纤维素材料的多孔性,增加酶与底物的接触面积,从而提高酶解的效率,达到节约时间和降低成本的目的｡好的预处理应满足以下4个条件:①有利于提p 3.1.1 机械粉碎法通过机械削切和研磨分别将木质纤维处理成粒径为10~30 mm和0.2~2.0 mm的颗粒,可有效降低木质纤维素的结晶度和消化效率[2]｡震动球磨技术能比普通球磨技术更有效地降低木质纤维素的结晶度和消化特性｡相对来说,机械粉碎耗时长､耗能高,造成预处理成本太高,无法在工业化生产中广泛使用[3]｡3.1.2 蒸汽爆破蒸汽爆破是当今应用最为广泛的木质纤维素预处理技术｡通过将经高压饱和蒸汽溶解的木质纤维素瞬间降压,达到破坏木质纤维素结构的目的｡通常认为,半纤维素被爆破过程中产生的醋酸和其他的有机酸所溶解,从而导致纤维素暴露出来,增大了微纤维与酶的可及性｡木质素的含量变化不大,只有小部分被溶解,但是在溶解过程中木质素发生解聚/再聚合反应,从而使木质纤维素的表面结构发生变化｡瞬时爆破使样品得以破碎降解,从而增大了反应的可接触面积,这些因素都能够提高纤维素的水解效率｡影响蒸汽爆破处理效果的因素主要有以下几方面:压力保持时间､温度､颗粒的粒径大小和含水量｡高温短时处理(270 ℃､1 min)或者低温长时间处理都能够使半纤维素达到最大程度的溶解｡相对于机械粉碎,蒸汽爆破法可以节省大约70%的能量,同时对环境不产生污染｡近几年来,通过加入各种催化剂(酸或碱)或者改换不同的蒸汽介质(如氨水),发展出许多新型的爆破技术,有效推动了预处理技术的发展,使蒸汽爆破成为最接近商业化应用的预处理方法｡大量不同种类的木质纤维素预处理试验证明了蒸汽爆破技术的可行性,其使用规模也在不断扩大｡加拿大的Iogen工厂已经建立了一套利用该技术处理木质纤维素的中试装置｡尤其在阔叶树木及农作物秸秆的处理方面,蒸汽爆破法被看作是最具有经济价值的预处理技术[1]｡蒸汽爆破法的局限主要包括半纤维素的分解､木质素的不完全降解以及在处理过程中产生的对于后续酶水解和发酵有害的物质｡因此,需要用大量的水冲洗预处理产物以去除这些有害物质｡但冲洗的同时带走了可溶性的糖,其中包括一大部分的可溶性半纤维素,降低了总的糖产量｡3.1.3 超临界水处理超临界水处理是指利用处于超临界状态(T>374.2 ℃､P>22.1 MPa)的水处理木质纤维素的方法,通常与亚临界水解技术联合使用｡在临界点(T=374.2 ℃､P=22.1 MPa)时,水的溶剂化能力突然增强,电离程度增大,可有效打破木质素的包裹作用同时降低纤维素的结晶度,使纤维素可以很容易地溶解在超临界的水溶液中,并且迅速分解成低聚糖,低聚糖进而快速分解成葡萄糖｡阳金龙等[4]研究了该技术在玉米秸秆预处理中的应用,将40 mg玉米秸秆和2.5 mL水置于380~400 ℃的密闭容器中反应15~35 s,然后对产物进行分析｡结果表明,玉米秸秆在388 ℃的超临界水相中,经21 s的反应时间后,低聚糖转化率和可检测转化率最高,分别为24.1%和43.6%｡相对于传统预处理技术,超临界水处理具有反应时间短､水解效率高､资源和环境成本低等优点,但是作为一项新兴技术,其理论研究相对不足,尚无法解决葡萄糖分解产物较多､副产物成分复杂､发酵糖产量较低等问题｡3.2 化学法化学法是用碱､酸､有机溶剂等预处理木质素､纤维素的方法,主要目的是破坏细胞壁中半纤维素与木质素之间的共价键,破坏纤维素的结晶结构及纤维素与木质素的连接键,从而提高秸秆的消化率｡3.2.1 酸处理酸处理是利用稀酸､浓酸和无水有机酸等酸性物质水解秸秆中纤维素的方法｡酸处理可大致分为无机酸处理和有机酸处理｡无机酸处理主要作用是使半纤维素变成单糖进入溶液中,增大试剂与纤维素的接触面积,提高可及度｡预处理后的原料中木质素含量基本不变,半纤维素含量变少,纤维素的含量和聚合度有一定程度的下降｡Silverstein等[5]研究了硫酸､氢氧化钠､过氧化氢和臭氧在不同条件下预处理的效果｡结果表明,这几种物质都能够明显降解木质素或者提高单糖得率,而硫酸预处理时半纤维素降解率最高,在121 ℃､0.1 MPa､2% H2SO4､90 min的条件下,木质素降解率为95.23%,但是对后续的纤维素水解影响最大,葡萄糖的转化率最低,为23.85%｡唐锘[6]在研究中发现,稀硫酸预处理方法对秸秆各组分降解率最高,在最适水解条件(0.7%稀硫酸､121 ℃､1 h)下,半纤维素､纤维素､木质素的降解率分别为46.15%､43.75%和50.00%｡有机酸处理原理与无机酸相似,主要是使原料中半纤维素和木质素溶解,降低二者在原料中的含量,一般在使用时增添无机酸作为催化剂｡但是,相对于无机酸,有机酸对容器的腐蚀性小,对后续水解过程的毒性低,具有更大的发展潜力｡3.2.2 碱处理常见的碱处理试剂有氢氧化钙､氢氧化钠､碳酸氢钠或者过氧化氢等｡秸秆碱化的原理在于氢氧根阴离子能削弱半纤维素､纤维素之间的氢键,打开木质素和半纤维素之间的醚键,皂化木质素和半纤维素之间的酯键｡碱处理能够使木质素发生降解以及降低纤维素的结晶度｡Silverstein等[5]用2%的NaOH 处理棉花秸秆,能够明显去除秸秆中的木质素､提高纤维素的转化率｡Wang等[7]研究了百慕大海草在不同浓度的氢氧化钠预处理后结构和物质的变化,结果发现,在NaOH浓度大于或等于1%的情况下,30 min的处理时间可以起到明显的去木质化的作用｡在整个处理过程中,纤维素的去除率变化很小(在10%之内),而半纤维素的去除率随着NaOH浓度的增大而增大,而且效果明显｡碱处理是现在人们普遍采用的方法,但是在用碱处理秸秆时除溶解掉一部分木质素外,也使部分半纤维素被分解,损失较大,同时与用酸处理相同,用碱进行预处理也存在着试剂的回收､中和以及洗涤等问题,这些问题都不可避免地会造成环境污染｡随着技术的发展,酸或碱处理通过与其他的物理或者化学方法(包括球磨法､蒸汽爆破､微波或者氧化技术)进行组合,将形成一些更有效的预处理方法｡3.3 生物方法微生物方法预处理被认为是目前最有前途的一种处理手段,它具有对环境无污染､降解率高､用途广､周期短､可再生､成本低等优点,能提高秸秆的综合利用效率,利于可持续发展｡微生物法主要利用菌类产生的一些酶来降解木质素和半纤维素,而对纤维素的降解作用较小｡目前常用的真菌有白腐菌､褐腐菌等,如黄孢原毛平革菌､彩绒革盖菌等,利用这些真菌产生的木质素分解酶系来对物料进行分解｡Kurakake等[8]对城市垃圾中办公室用纸采用两种菌株(Sphingomonas paucimobilis 和Bacillus circulans)进行混合预处理,然后再用酶水解｡研究表明,混合菌株生物预处理技术能够有效提高废弃办公用纸的酶水解率,糖回收率可达94%,预处理效果显著｡参考文献[1] 波吉特K,帕特里克R G,迈克K. 生物炼制——工业过程与产品(上卷)[M]. 马延和,译. 北京:化学工业出版社,2007. 160-166.[2] SUN Y, CHENG J. 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日本开发出由纤维素生产生物乙醇的新工艺
油 的加氢 。
（ 淑战） 赵
许该公司使用相当于传统 Ｐ 一 基管状净 ｄ
化器十分之一 的钯用量来生 产氢气净化器 。 为了制造这种膜 ， 该公司 以一种工 业可 得的
日本 开 发 出 由纤 维 素 生产生物 乙醇 的Байду номын сангаас工艺
费用 。它们打算在一套 中试装置上示范该工
东洋 工 程公 司 （ Ｃ 及其 子 公 司东 洋 一 ＴＥ ）
泰国公司联合赢得 了泰 国 Ｆｒ 股 份有限公 ｒ］ ｒ 司计 划建造 的一套 １ ／ 乙烯 装置 的全承 Ｍｔａ
艺以研究社会适应 性和经济可行性 。它们还
计划进一步开发该技术用 于生物炼油 厂 ， 生 产作为汽车燃料 以及用于汽车材料的工业原
原料 ， 通 过 将 ＲＩ 发 现 的被 称 为 ＲＩＥ 并 ＴＥ Ｔ 大 可能 的怀 疑 。
第 ３ 卷 １ 期 （０６ ６ ０ ２０）
细菌的微生物（ 以将糖转化成醇） 可 与本 田公 司的工程技术相结合 ， 克服 了输 出效 率低 的
障碍 。这使 纤维 素 分 离工 艺 中产 生 的发 酵 抑
的流量 。
日 本本田汽车公司和 日 本地球新技术研 究院（ Ｉ Ｅ 共 同开发 出由纤维素生物质大 ＲＴ ） 量 生产 生物 乙醇 的新 技 术 。该 工 艺采 用不 可
食用的植物料例如植物茎杆 、 叶和稻秸 作为
维普资讯
１ 国内外石油化工快报 ６・
种 降低 高纯氢气 生 产 费 用 的膜 工 艺
一
一
种 含有 一个 或 多 个箔 的板状 结 构模 件。
Ｈｙ ９已经工 业化 小 型模 件用 于 实验 室 电解发 生 器产 生 的 Ｈ ２就 地 纯 化 （ 为 筒 状 干 燥 机 作
木质素的提取方法及综合利用研究进展
近年来，许多科研人员致力于优化木质素的提取方法。其中，超声波辅助提取 和微波辅助提取因其高效、环保的特性而受到广泛。超声波的空化作用可以加 速木质素与溶剂的混合，从而提高提取效率。而微波则可以通过其热效应使木 质素更容易从木材中释放出来。
除了提取方法，木质素的纯化也是研究的重点。由于木质素在提取过程中常常 与其它物质如纤维素、半纤维素等混合在一பைடு நூலகம்，因此需要进一步纯化以获得高 纯度的木质素。目前，常用的纯化方法包括沉淀法、柱层析、膜分离等。
物理法是通过物理手段如高温、高压或超声波等将木质素从植物细胞壁中分离 出来。物理法的优点是条件温和、对环境友好且提取效率较高，但设备成本较 高。
3、综合利用
木质素的综合利用途径主要包括以下几个方面：
(1)医药领域：木质素具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等药理作用，可被用于制备 药物。例如，从松树皮中提取的木质素可以用于治疗慢性肾功能衰竭。
谢谢观看
在黑木耳多糖提取完成后，需要进行综合利用。黑木耳多糖具有广泛的生物活 性，可以应用于医药、保健品、化妆品等多个领域。例如，将黑木耳多糖添加 到药品中，可以用来治疗癌症、肝炎等疾病；将黑木耳多糖添加到保健品中， 可以增强人体免疫力、抗氧化能力；将黑木耳多糖添加到化妆品中，可以起到 保湿、抗衰老的作用。
在未来，随着科技的不断进步和研究深入，木质素的提取方法和综合利用将会 取得更大的突破。例如，可以利用人工智能和大数据技术对木质素的性质和功 能进行预测和分析，开发更加高效和环保的提取方法和综合利用技术。同时， 也可以探索木质素在其他领域的应用，如能源领域等。
5、结论
木质素的提取方法和综合利用研究在医药、农药、兽药、化妆品等领域具有广 泛的应用前景。然而仍存在一些挑战，例如不同来源木质素的结构差异和质量 不稳定等问题。为了推动木质素的应用研究和发展，需要进一步深入研究木质 素的性质和功能，开发高效的提取方法和综合利用技术。
木质纤维素预处理方法研究进展综述
综上所述，利用二氧化钛和光催化处理技术，可减少木质素在氧化过程中的碳损耗，较好地保留了木质素中的苯环结构，是一种有效降解木质素的新方法。
5.3电晕放电法
芬兰的E.Koivula等人[11]为了有效地回收天然木质素，用不同的预处理方法，比较了木材水解产物中的杂质对后续过滤材料的影响。实验发现，利用脉冲电晕放电的氧化方法处理后，可提升过滤膜的过滤效率，对于过滤膜来讲，其流速提高了6倍。其他的前处理方法，也会影响过滤体系对木质素的过滤效果，比如添加活性炭吸附剂以及调节体系pH值也可提高过滤效率。该研究表明，针对木材水解产物中的各种化学结构，综合利用如电晕放电等前处理手段，可获得较高的木质素回收率。
木质纤维素材料经过预处理后，纤维素水解效率的差异取决于预处理方式的选择、所处理物料的特性、纤维素酶用量及酶系的组成。
预处理强度对纤维素的水解效率有着显著的影响，为了获得较好的纤维素水解效率，需要适当提高处理强度，但是强度的提高会增加能量的消耗，同时也会降低糖的回收率，因此需要在纤维素的水解效率与能量消耗及糖回收率之间找到平衡点［6］。
5.2光催化法
处理木质素的手段并不局限于传统的诸如热水处理、酸处理和碱处理等方法。将光化学技术应用于木质素，是绿色化学在化学工艺进步方面的体现。因为光化学所使用的绝大部分能量可用绿色能源来替代，因此该技术结合木质素这种传统工业废料的回收利用，可进一步对环境保护产生深V手段预处理水稻秸秆，并用酶把秸秆中的纤维素转化成乙醇，再用测定酶降解后所获得的葡萄糖数量表征木质素降解的程度。该方法可以避免传统降解过程中不可回避的高温高压以及其他强烈腐蚀条件，是一种高效、绿色环保的秸秆预处理方式，为绿色化学下的木质素处理，探索了一条值得研究的路线。
木质纤维素的制备和应用
木质纤维素的制备和应用木质纤维素是一种重要的生物质资源，在许多工业生产中具有广泛的应用。
本文将介绍木质纤维素的制备过程以及其在不同领域的应用。
一、木质纤维素的制备1. 原料木质纤维素的主要原料是木材，特别是软木、松木、云杉等树种。
其中软木是一种非常优质的原料，因其硬度适中，分布广泛，且易于加工，在生产中被广泛使用。
2. 制备过程（1）去皮：将原木去皮，主要目的是减少生产过程中的污染物。
（2）磨碎：将去皮后的原木进行磨碎，磨成直径约为2-5毫米的小块。
（3）蒸煮：将小块木料放入蒸煮锅中，加入蒸汽进行蒸煮。
蒸煮的目的是将木材中的木素和半纤维素分离出来，形成可转化的纤维素。
（4）碱液处理：将蒸煮后的木块加入碱液中进行处理，分离纤维素。
碱液处理的目的是将木材中的木素、半纤维素以及一些细胞壁材料分离。
通常使用的是钠水硝酸、氢氧化钠等碱性物质。
（5）高温高压处理：将纤维素放入高压反应釜中，在一定的温度和压力下进行反应。
这个过程主要目的是增加纤维素的纯度和结晶度。
二、木质纤维素的应用1. 纺织品木质纤维素具有优良的机械性能和化学稳定性，可以用于制作纺织品。
例如，可以用纤维素制作生物降解的塑料和人造纤维。
木质纤维素也可以与其他材料混合使用，例如棉花、亚麻、丝绸等，使得纤维素纱线的性能更加优良。
2. 能源由于木质纤维素是一种生物质资源，其可以用于生产生物质燃料、木炭和液体燃料。
例如，木质纤维素可以用于生产生物柴油和生物乙醇，并广泛应用于现代交通和化工生产中。
3. 医药木质纤维素可以用于制备药物缓释剂、人工皮肤和隆胸材料等。
例如，木质纤维素可以利用其多孔结构制备人工皮肤，同时还可以用于隆胸手术。
4. 包装木质纤维素可以用于生产生物降解的包装材料。
这种材料可以替代常规塑料袋、泡沫箱等，避免塑料污染。
广泛应用于餐饮、快递、零售等各个领域。
5. 建筑材料木质纤维素可以用于生产木质纤维板、木质纤维水泥板等建筑材料。
这种材料具有轻质、强度高、耐水、防腐、隔音等特点，被广泛应用于现代建筑中。
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2013 年 1 月
方志锋等： 木质纤维素类生物质制备生物乙醇研究进展 微波处理可以提高可发酵糖的产率 。
· 31·
目前， 常用的预处理方法主要分为物理法 、 化学 法、 生物法
［5 ］
以及其他联用技术。 其中物理方法主
蒸汽爆破、 微波、 超声波处理等， 通 要包括机械破碎、 过这些方法处理原料可有效地改变天然纤维素的结 碱、 臭氧和其他有机溶剂 构。化学方法主要包括酸、 处理， 可破坏纤维素的晶体结构， 打破木质素和纤维 素的连接。生物法是利用可降解木质纤维素类物质 的微生物产生的酶来降解木质素和溶解半纤维素 。 然而， 上述方法无论从技术还是经济效益方面都不 能使生物乙醇大规模生产。各国研究者针对不同的 木质纤维素类物质提出不同的预处理方法 云杉 2. 1
世界各国亟待解决的能源问题之一 。中国生物质原 料资源十分丰富， 预计到 2030 年， 我国的有机废弃 — —作物秸秆、 物— 林业采伐及加工剩余物、 工业有机 废弃物和城市有机垃圾等原料资源的年产能可达 1. 66 × 10 16 kJ［2］， 其中大部分有机废弃物的重新利 用都涉及纤维素类生物质的降解转化问题 。 天然的木质纤维素类生物质主要包括纤维素、 半纤维素和木质素， 其结构异常复杂， 具有很大的结 晶性。 纤维素是自然界中分布最广， 含量最多， 由葡萄 是由 糖组成的大分子多糖。 其通式为 （ C6 H10 O5 ） n ， D －葡萄吡喃糖基以 β －1 ， 4 糖苷键链接、 定向排列的 线型高分子化合物， 结构式如图 1
随着全球经济的快速发展， 能源危机已经是世 界各国必须面临的难题之一。伴随着石油和天然气 等不可再生能源的逐渐枯竭， 环境压力与日俱增。 生物乙醇燃料作为新能源将是不可避免的发展趋 势。如何开发和利用生物乙醇是目前世界各国学者 共同关注的焦点
［1 ］Байду номын сангаас
图1
纤维素结构
。
1
原料资源
利用木质纤维素类物质制备第二代生物乙醇是
。
收稿日期： 2012 － 08 － 12 ； 修回日期： 2012 － 11 － 02 shipin2ban27@ 163． com； 陈复生（ 1963 － ） ， 作者简介： 方志锋（ 1987 － ） ， 男， 硕士生， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 研究方向为食品资源开发与利 0371 － 67756166 ， fushengc@ yahoo． com． cn。 用， 通讯联系人，
Jan． 2013 · 30·
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 1 期 2013 年 1 月
木质纤维素类生物质制备生物乙醇 研究进展
* 方志锋， 刘昆仑， 陈复生 ， 王洪杰， 李彦磊， 郭 珍 ( 河南工业大学粮油食品学院， 450001 ) 河南 郑州
摘要： 以木质纤维素类生物质为原料制备第二代生物乙醇的研究取得了较大进展， 重点阐述了生物乙醇制备过程中的关键 包括原料预处理、 水解和发酵工艺 、 各种方法的优缺点比较等， 并介绍了我国生物乙醇的发展现状。 问题， 关键词： 木质纤维素； 生物乙醇； 制备工艺 中图分类号： Q517． 4 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 4320 （ 2013 ） 01 － 0030 － 04
半纤维素是由几种单糖构成的异质多聚体， 主 4 糖苷键连接而成。 木质素 要是由木糖通过 β －1 ， 5 －羟 基 松 柏 是由 4 种醇单体 （ 对 香 豆 醇、 松 柏 醇、 醇、 芥子醇 ） 形成的一种复杂酚类聚合物。 在植物 体内， 半纤维素和纤维素相互连接； 而木质素充填在 纤维素纤维之间， 两者将纤维素包埋在其中， 从而增 强了细胞壁的机械强度， 也导致细胞壁上的多糖成 ［4 ］ 分不易降解 。
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原料预处理
原料预处理是制备生物乙醇的关键步骤， 其目 的是粉碎半纤维素和木质素对纤维素的保护 ， 瓦解 使之与水解酶充分接触， 达到良 纤维素的晶体结构， 好的水解效果。因此， 预处理是否适当对后续水解 和发酵工艺意义重大。 若预处理适当， 水解时所需 酶的品种和用量选择空间比较大， 则可以有效地降 低生产成本。
Research development of bioethanol preparation from lignocellulosic biomass
FANG Zhifeng，LIU Kunlun，CHEN Fusheng * ，WANG Hongjie，LI Yanlei，GUO Zhen
（ College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001 ，China） Abstract： The research of the second generation bioethanol from lignocellulosic biomass has made great progress at present． The key issues of bioethanol preparation， including pretreatment， enzymatic hydrolysis and fermentation the advantages and disadvantages of various methods in these processes， are highlighted． The development status of bioethanol in China has been introduced as well． A certain reference for research and application in this area are put forward as well． Key words： lignocellulosic biomass； bioethanol； preparation process