纤维素基化学品的研究
《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文
《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着化石资源的日益减少，全球的注意力已经转向可再生生物质资源。
木质纤维素类生物质作为一类重要的可再生资源，其利用和开发具有巨大的潜力。
预处理和酶解糖化是木质纤维素生物质转化为生物能源和生物基化学品的关键步骤。
本文旨在研究不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化的过程，为实际应用提供理论依据。
二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件1. 预处理方法的分类预处理方法主要分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法等。
不同预处理方法的效果受到原料类型、处理条件等多种因素的影响。
2. 具体预处理条件（1）物理法：如机械破碎、蒸汽爆破等，通过改变纤维素的结晶度、孔隙结构等，提高酶解效率。
（2）化学法：如稀酸、稀碱等预处理方法，通过改变木质素的性质，提高纤维素的可及性。
其中，稀酸预处理是最常用的方法之一，其条件包括酸浓度、温度、时间等。
（3）物理化学法：如氨纤维爆破等，结合了物理和化学的作用，有效提高纤维素的利用率。
（4）生物法：如通过白腐菌等微生物进行预处理，分解部分木质素和半纤维素，从而提高纤维素的可利用性。
三、酶解糖化研究酶解糖化过程中主要涉及的是纤维素酶对纤维素的作用。
在这一过程中，纤维素被分解成葡萄糖等单糖。
这一过程的效率和效果受到多种因素的影响，包括温度、pH值、酶浓度等。
同时，生物质的组成和预处理方法也会影响酶解糖化的效果。
四、实验设计及结果分析本文选择了几种典型的木质纤维素类生物质进行预处理和酶解糖化的研究。
包括小麦秸秆、玉米秸秆、木质废料等。
实验过程中，首先进行预处理，然后通过测定预处理后生物质的组成、结构和性质的变化，来优化预处理的条件。
随后进行酶解糖化的实验，记录酶解的时间、单糖的产量等数据。
实验结果表明，不同的预处理方法对生物质的酶解糖化效果有显著影响。
其中，稀酸预处理在适当的条件下可以显著提高酶解糖化的效率。
同时，不同的生物质类型对酶解糖化的效果也有影响，如木质废料的酶解糖化效果通常优于小麦秸秆和玉米秸秆。
有机氢供体重整制氢在纤维素降解制生物基化学品中的研究进展
有机氢供体重整制氢在纤维素降解制生物基化学品中的研究进展肖竹钱;沙如意;张金建;王珍珍;计建炳;毛建卫【摘要】以有机氢供体为氢源代替高纯H2用于纤维素降解制生物基化学品是当前纤维素氢解的一种具有很好应用前景的新方法.综述了3种低碳醇甲醇、乙醇、异丙醇和小分子富氢酸这几类氢供体应用于纤维素氢解制备化学品及其机理的研究进展,对比了以醇类作为有机氢供体的绿色氢解和常规氢解(以高纯氢为氢源)的优缺点,并对有机氢供体重整在纤维素氢解制备生物基化学品的应用前景进行展望.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2016(045)012【总页数】6页(P2360-2365)【关键词】氢供体;重整;生物质;氢解;化学品【作者】肖竹钱;沙如意;张金建;王珍珍;计建炳;毛建卫【作者单位】浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310023;浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310023;浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心,浙江杭州310023;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州310014;浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310023;浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310023;浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心,浙江杭州310023;浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310023;浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310023;浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心,浙江杭州310023;浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310023;浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310023;浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心,浙江杭州310023;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州310014;浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310023;浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310023;浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心,浙江杭州310023【正文语种】中文【中图分类】TQ353.2;O629.12生物质资源是一种可制备化学品、液体燃料等的可再生资源，因其取材便捷、储量巨大等优势，其可控炼制过程一直是世界范围内的研究热点。
羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素
知识专题标题：深度剖析羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素一、引言羟乙基甲基纤维素（HEMC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）是目前广泛应用于建筑行业、医药领域和个人护理产品中的两种重要化学品。
它们分别具有多种优良特性，如增稠作用、悬浮性和黏合性，在各个领域发挥着重要作用。
本文将对这两种化学品进行全面评估，并探讨它们的应用领域、性能特点以及未来发展方向。
二、羟乙基甲基纤维素的特性及应用领域1. HEMC的基本特性HEMC是一种非离子表面活性剂，具有良好的水溶性和界面活性。
它具有优异的增稠性和黏度调节性能，因此在涂料、建筑材料和油漆等领域得到了广泛应用。
2. HEMC的应用领域（1）在水性涂料中的应用：由于其良好的分散性和增稠效果，HEMC被广泛应用于水性涂料中，可以提高涂料的附着力和流变性。
（2）在建筑材料中的应用：HEMC在石膏制品和水泥制品中添加，可以提高制品的强度和耐久性，改善施工性能。
三、羟丙基甲基纤维素的特性及应用领域1. HPMC的基本特性HPMC是一种多功能的非离子性纤维素表面活性剂，具有水溶性和增粘性。
它的黏度受温度、pH值和离子强度的影响较小，因此在各种条件下具有良好的稳定性。
2. HPMC的应用领域（1）在医药领域中的应用：HPMC作为药物的包衣材料和稳定剂，可以增加药片的溶解速度和药效持久性。
（2）在个人护理产品中的应用：HPMC具有优秀的增稠性和增湿性，被广泛用于洗发水、护发素和润肤产品中，可以增强产品的稠度和渗透性。
四、对比分析及发展趋势1. 性能对比（1）稳定性：HPMC比HEMC在各种条件下的稳定性更好，因此在一些对稳定性要求较高的领域，如医药领域，更多地选择使用HPMC。
（2）增稠效果：在涂料和建筑材料领域，HEMC的增稠效果更为突出，因此在这些领域中的应用更为广泛。
2. 发展趋势随着科技的不断发展，对于HEMC和HPMC的性能要求也在不断提高。
未来，我们可以预见这两种化学品在新型材料、高科技领域和环保产品中的应用将会更加多样和广泛。
陶氏乙基纤维素
陶氏乙基纤维素陶氏乙基纤维素是一种常用的化学品，它具有广泛的应用领域。
本文将介绍陶氏乙基纤维素的化学性质、制备方法以及主要的应用领域。
陶氏乙基纤维素，化学式为C12H20O10，是一种由纤维素经过乙酰化反应得到的化合物。
它具有较好的溶解性和稳定性，可以在水中溶解，并能够形成透明的溶液。
陶氏乙基纤维素具有一定的粘度和流变性，可以用于调整液体的黏稠度。
陶氏乙基纤维素的制备方法主要有两种：乙酰化法和纤维素溶解再生法。
乙酰化法是将纤维素与乙酸酐在催化剂的作用下进行反应，得到乙基纤维素。
纤维素溶解再生法是将纤维素溶解在溶剂中，然后通过调整溶液的温度、浓度等条件，使溶液中的纤维素再生为乙基纤维素。
陶氏乙基纤维素具有许多重要的应用领域。
首先，它可以用作食品工业中的增稠剂和稳定剂。
由于它具有良好的溶解性和稳定性，可以在食品中起到调节黏稠度和保持稳定的作用。
其次，陶氏乙基纤维素还可以用作纺织工业中的增稠剂和粘合剂。
它可以提高纺织品的柔软度和强度，并且可以提高纺织品的抗皱性能。
此外，陶氏乙基纤维素还可以用作造纸工业中的湿强剂和增稠剂，可以提高纸张的强度和光泽度。
除了以上应用领域，陶氏乙基纤维素还可以用于医药领域。
它可以作为药物的包衣材料，可以延缓药物的释放速度，提高药物的稳定性。
此外，陶氏乙基纤维素还可以用于制备生物材料和人工器官，具有良好的生物相容性和可降解性。
总结一下，陶氏乙基纤维素是一种常用的化学品，具有广泛的应用领域。
它的制备方法主要有乙酰化法和纤维素溶解再生法。
陶氏乙基纤维素的主要应用领域包括食品工业、纺织工业、造纸工业和医药领域。
它在这些领域中可以起到增稠剂、稳定剂、粘合剂等多种作用，具有重要的经济和社会价值。
纤维素基材料在电子产品包装领域中的应用前景及市场竞争力分析
纤维素基材料在电子产品包装领域中的应用前景及市场竞争力分析纤维素基材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，该材料以纤维素为基础，通过一系列加工工艺制成各种不同形状和性能的产品。
在电子产品包装领域，纤维素基材料可以用于替代传统的塑料材料，具有较高的环保性、优良的物理性能和广泛的适用性，在市场上具有很大的竞争力。
电子产品包装行业是一个热门领域，市场需求量大且潜力巨大。
传统的电子产品包装材料主要是塑料，但塑料材料存在着环境污染问题，对世界的可持续发展造成了一定的困扰。
相比之下，纤维素基材料具有很好的生物降解性和可再生性，可以循环利用，减少对环境的污染。
因此，纤维素基材料在电子产品包装领域中有着广阔的应用前景。
首先，纤维素基材料具有良好的物理性能，可以提供良好的包装保护性能。
电子产品通常具有脆弱的特点，需要有能够提供良好保护的包装材料。
纤维素基材料可以通过调整纤维素的结构和添加其他材料，调整其强度、硬度和韧性等性能，以满足电子产品包装的要求。
其次，纤维素基材料具有良好的导电性和隔热性能，可以用于电子产品的导电和隔热层。
纤维素基材料可以通过改变纤维素的结构和添加导电剂等措施，使其具有一定的导电性能，可以作为电子产品导电层的替代材料。
此外，纤维素基材料的隔热性能也非常优良，可以用于电子产品在运输和储存过程中的温度保护。
再次，纤维素基材料可以通过改变纤维素的形态以及添加色素等材料，使其具有较好的装饰性能。
电子产品包装在市场上的竞争性主要体现在外观设计上，能够为电子产品提供美观的包装，能够吸引消费者的眼球，提高产品竞争力。
纤维素基材料可以通过印刷和染色等加工工艺，使其具有各种有趣的图案和颜色，满足不同消费者的需求。
然而，纤维素基材料在电子产品包装领域中还存在一些挑战和限制。
首先，纤维素基材料的加工工艺相对复杂，需要通过一系列的制造步骤才能获得成品。
这可能会增加生产成本和时间，降低竞争力。
其次，纤维素基材料的稳定性和耐用性相对较差，容易受到湿气、热气和化学品等外界因素的影响，这对电子产品的长期保护和使用寿命构成一定挑战。
纳米纤维素的研究进展及其在造纸工业中的应用
摘要：纳米纤维素是传统制浆造纸产业最重要的原料的升级，其在造纸工业中得到了越来越多的关注。
本文重点介绍了纳米纤维素的制备及其在包装材料、柔性基底材料、检测材料、抗菌材料等领域的应用进展，并对其未来的发展做了展望。
关键词：纳米纤维素; 造纸工业; 包装材料; 精细化学品Abstract: Nanocellulose is an upgraded material of the most important raw material in the traditional pulp and paper industry, drawing more and more attention from the industry participants. This article focuses on the preparation of nanocellulose and its application progress in packaging materials, flexible substrate materials, detection materials, antibacterial materials and other fields, and prospects for its future development.Key words: nanocellulose; paper industry; packaging material; fine chemicals纳米纤维素的研究进展及其在造纸工业中的应用⊙ 张春亮1,2查瑞涛2（1.中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，北京 100083；2.国家纳米科学中心，北京 100190）□ 报告专家及作者简介：查瑞涛先生，国家纳米科学中心高级工程师；兼任中国造纸学会纳米纤维素及材料专业委员会（NMC of CTAPI）秘书长；主要从事微纳复合材料、纸基功能材料与湿部化学研究工作；作为主要发明人，已经申请中国发明专利41项、授权24项。
纤维素基碳气凝胶研究进展
纤维素基碳气凝胶研究进展郭新;张建明;段咏欣【摘要】介绍了纤维素碳气凝胶原材料的主要来源及各原材料的特点,重点举例阐述可直接利用型纤维素制备纤维素基碳气凝胶材料的不同工艺方法,综合分析了纤维素基碳气凝胶作为多功能材料的一些前沿的应用研究.总结了该领域存在的挑战并展望了纤维素基碳气凝胶的发展前景.【期刊名称】《纤维素科学与技术》【年(卷),期】2017(025)001【总页数】11页(P65-74,82)【关键词】纤维素;碳气凝胶;水热处理;生物质纤维素【作者】郭新;张建明;段咏欣【作者单位】青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】O636.11碳气凝胶是一种新型轻质多孔多功能性气凝胶，孔隙率高达80%～99%，比表面积高达1500～2500 m2/g，并且其泡孔结构可通过工艺调节。
与传统的无机气凝胶（如硅气凝胶）相比，碳气凝胶具有更加优异的性能和更加广阔的应用前景。
碳气凝胶是唯一具有导电性的气凝胶，可用做超级电容器的电极材料。
作为多功能性的新材料，碳气凝胶具有相当大的市场应用前景，但由于原材料昂贵、制备工艺复杂、生产周期长、规模化生产难度大等原因导致碳气凝胶产品产量低、成本高、市场难以接受、产业化困难。
因此，一种经济环保、工艺简单、原材料来源广的制备工艺亟待探索。
从原材料来源广度方面而言，纤维素是地球上储量最丰富的有机生物质，每年产量有几百亿吨，广泛存在于植物、细菌、真菌、海洋生物中。
纤维素具有良好的生物相容性、生物可降解性、高比强度和模量等[1]，使其逐步成为制备碳气凝胶的研究热点。
纤维素原材料性能优异，以纤维素为原材料的碳气凝胶不仅可作为一种可持续发展的纳米材料和载体[2-3]，且其制备工艺日趋简单，在绿色环保材料方面将有不可估量的应用价值。
纤维素化学研究进展
纤维素化学研究进展一、本文概述纤维素，作为地球上最丰富的天然有机化合物，其化学研究进展对于推动生物质资源的高效利用、促进可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述纤维素化学研究的最新进展，包括纤维素的化学结构、性质、改性方法以及其在不同领域的应用。
通过深入了解纤维素化学的研究现状和发展趋势，可以为纤维素的高效转化利用提供理论支撑和技术指导，为生物质资源的可持续利用开辟新的途径。
本文将首先介绍纤维素的化学结构和基本性质，包括其分子结构、结晶度、可及性等方面。
随后，重点综述纤维素改性的方法和技术，包括化学改性、物理改性和生物改性等，以及改性后纤维素性能的变化和应用领域。
本文还将关注纤维素在不同领域的应用，如纤维素基材料、纤维素能源、纤维素生物降解等，以期全面展示纤维素化学研究的广泛应用前景。
通过本文的阐述，读者可以深入了解纤维素化学研究的最新进展和发展动态，为相关领域的研究和开发提供有益的参考和启示。
本文也期望能够激发更多研究者对纤维素化学研究的兴趣和热情，共同推动纤维素化学领域的发展和创新。
二、纤维素的来源与提取纤维素作为自然界中最丰富的有机聚合物之一，广泛存在于植物细胞壁中，为植物提供了必要的结构支撑。
由于其独特的化学和物理性质，纤维素在多个领域都有着广泛的应用，包括纺织、造纸、生物材料以及最近的生物能源等。
因此，对纤维素的来源和提取方法的研究具有重要意义。
纤维素的主要来源是植物纤维，如木材、棉花、亚麻、竹子等。
其中，木材是最常见的纤维素来源，由于其生长周期短、可再生以及资源丰富等特点，被广泛应用于工业生产中。
一些农业废弃物，如稻草、玉米秸秆等，也是纤维素的潜在来源，其利用不仅能实现资源的有效循环利用，还能为农业生产带来经济效益。
纤维素的提取通常包括化学法、生物法和物理法等多种方法。
化学法提取纤维素主要利用酸、碱或有机溶剂等化学试剂处理植物原料，使其中的纤维素与木质素、半纤维素等其他成分分离。
生物法提取则依赖于酶或微生物的作用，通过选择性降解木质素和半纤维素，实现纤维素的分离。
木质纤维素类生物质制取燃料及化学品的研究进展
表 1 典型生物质主要成分质量分数（%，干基）
原料
纤维素
半纤维素
木质素
灰分
农业类生物质
玉米秸秆
37.1
24.2
18.2
5.2
稻秆
36.0
19.6
24.0
6.3
小麦秆
44.5
24.3
21.3
3.1
硬木类生物质
白杨
49.0
25.6
23.1
0.2
桦木
42.6
13.3
30.9
0.8
桉木
48.0
14.0
29.0
1 木质纤维素类生物质结构特征
1.1 纤维素 木质纤维素类生物质具有复杂的纤维素-半纤
维素-木质素结构，其中纤维素是 整 个 生 物 质 的 骨 架部分，约占 40%（见表 1），由脱水葡萄糖基通 过 β-1,4 糖苷键连接成直链状结构，其聚合度从几 百到 10000 以上。纤维素大分子的每个基环均具有 3 个醇羟基，其中 C2 和 C3 上为仲醇羟基，而 C6 上 为伯醇羟基，它们的反应能力不同，可以发生氧化、 酯化和醚化等反应，分子间可以形成氢键彼此结合 折叠成紧密的高度结晶化合物。一般来说，木材类 生物质相对农业秸秆类生物质纤维素聚合度和微晶 体较大。纤维素大分子的两个末端基性质不同，左 端的 C4 上有一个仲醇羟基，右端 C1 上有一个苷羟 基，苷羟基上的氢原子易发生转位与基环上氧桥
YU Qiang，ZHUANG Xinshu，YUAN Zhenhong，QI Wei，WANG Qiong，TAN Xuesong， XU Jingliang，ZHANG Yu，XU Huijuan，MA Longlong
（Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate，Guangzhou Institute of Energy Conversion， Chinese Academy of Sciences Guangzhou 510640，Guangdong，China）
纤维素基水凝胶的制备及其应用研究进展
第 50 卷 第 5 期2021 年 5月Vol.50 No.5May.2021化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry纤维素基水凝胶的制备及其应用研究进展赵 媛1,2，段立磊1，桑亚男1，高 洁1,2，胡国文1,2，陈 涛1,2（1.湖北科技学院核技术与化学生物学院，湖北 咸宁437100；2.湖北科技学院辐射化学与功能材料湖北省重点实验室，湖北 咸宁437100）摘 要：随着对环境问题的日益重视，天然产物水凝胶因其生物相容性、生物降解性和丰富性，受到研究人员的关注。
纤维素是一种自然界含量最丰富的含有多羟基的天然聚合物，由其制备的纤维素基水凝胶具有无毒、高吸水性、生物相容性和易降解性，且原料廉价易得，因此可应用于多种领域。
本文概述了纤维素基水凝胶的制备方法、理化特性及其在生物医学（药物输送、组织工程和伤口愈合、医疗保健和卫生产品）、农业、吸附材料和智能材料等领域的应用。
关键词：纤维素；水凝胶；制备；应用中图分类号：O 636.1+1 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2021)05-0043-06基金项目：国家自然科学基金(51903080)；湖北科技学院创新团队项目基金（H2019006）作者简介：赵媛（1988-），实验员，从事辐射化学与功能高分子材料研究通信联系人：陈涛，副教授。
E-mail:******************收稿日期：2021-02-18水凝胶是能吸收、溶胀和释放大量水和生物流体的三维亲水性聚合物网络，除了在食品工业、农业和水净化中有应用，还在生物医学领域中用于修复和协助各种软组织和硬组织的再生，如软骨、骨和血管组织等[1]。
纤维素作为地球储量最丰富的天然聚合物，具有可生物降解、再生和回收等特性，对其进行开发利用，能满足人类对环境友好和生物相容性产品的需求[2]。
纤维素或纤维素衍生物的亲水性表面，使其可以通过氢键、共价键或离子相互作用，交联成具有大量不同金属、有机物和聚合物的三维网络水凝胶，其可以保留大量的水或水溶液如生理溶液，而不会溶解或失去其结构完整性。
纤维素基材料的热解特性分析
纤维素基材料的热解特性分析在当今材料科学领域，纤维素基材料因其来源广泛、可再生以及良好的性能而备受关注。
对纤维素基材料热解特性的深入研究，不仅有助于我们更好地理解其热化学转化过程，还为其在能源、环保和化工等领域的高效利用提供了重要的理论基础。
纤维素基材料的化学组成和结构特点是影响其热解特性的关键因素。
纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性高分子化合物。
其分子链规整，结晶度较高，这使得纤维素在热解过程中表现出独特的行为。
热解过程通常可以分为三个主要阶段。
在初始阶段，温度较低，主要是水分的挥发和一些轻质小分子的脱除。
随着温度的升高，进入主要热解阶段，纤维素的大分子链开始断裂，生成各种挥发性产物，如一氧化碳、二氧化碳、醛、酮和羧酸等。
在高温阶段，剩余的焦炭进一步分解和重组。
热解温度是影响纤维素基材料热解特性的一个重要参数。
较低的温度下，热解反应速率较慢，产物主要是一些相对稳定的大分子物质。
而当温度升高时，反应速率加快，产物的种类和分布也会发生显著变化。
例如，高温有利于生成更多的小分子气体产物。
热解气氛同样对热解特性有着不容忽视的影响。
在惰性气氛（如氮气）中，热解反应相对较为单纯，主要是热分解过程。
而在氧化性气氛（如空气）中，可能会发生氧化反应，导致产物的组成和性质有所不同。
热解速率也是一个关键因素。
快速热解通常会产生更多的液体产物，而慢速热解则有利于生成固体焦炭。
这是因为不同的热解速率会影响热量传递和反应时间，从而改变热解产物的分布。
在研究纤维素基材料的热解特性时，常用的分析方法包括热重分析（TGA）、气相色谱质谱联用（GCMS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等。
热重分析可以实时监测样品在加热过程中的质量变化，从而获得热解的温度范围和失重曲线。
气相色谱质谱联用则能够对热解产生的挥发性产物进行定性和定量分析，帮助我们了解产物的组成和含量。
傅里叶变换红外光谱则可以用于分析热解过程中化学键的变化。
催化转化纤维素制备乙酰丙酸与γ-戊内酯的研究
次提出在水相中利用当量的副产物甲酸还原乙酰丙酸的思路。
该路线不仅体现了反应的原子经济性，避免了使用外部H2，还最大程度地降低了转化过程的分离能耗。
研究结果表明，RuCl3/PPh3能够在水相条件下转化摩尔比1:1的甲酸和乙酰丙酸，高产率地得到γ-戊内酯。
值得注意的是，甲酸原位生成的CO2可以促进疏水的膦配体PPh3在水相反应体系中发挥作用，解释了为什么RuCl3/PPh3在水相中拥有较高的催化效率，这也为廉价的PPh3替代水溶性膦配体提供了可能。
另外，我们还提出了一种两步催化甲酸和乙酰丙酸制备γ-戊内酯的方法。
该方法分别使用非均相催化剂Ru-P-SiO2和Ru/TiO2催化甲酸分解和乙酰丙酸加氢，成功地实现了催化剂的循环使用，为固定床连续法生产γ-戊内酯奠定了基础。
综上所述，本文以纤维素制备乙酰丙酸和γ-戊内酯的绿色催化转化为研究内容，实现了固体酸催化制备乙酰丙酸的绿色过程；完成了甲酸作为还原剂制备γ-戊内酯过程中反应的耦合，解决了反应体系内部氢源的自给。
关键词：生物燃料生物基化学品纤维素乙酰丙酸甲酸γ-戊内酯CO2效应原位还原ABSTRACTWith the aim of sustainable future, increasing attentions have been devoted to various routes for the production of biofuels and biochemicals via chemical and biological catalysis. Taking amount of feedstock, food supply and processing capacity into consideration, chemical transformation of cellulosic materials into biofuels and biochemicals has to be emphasized. Current investigations show that efficient conversion of cellulose to glucose, sorbitol, glycol, syngas, aromatics and furans has been achieved via hydrolysis, hydrogenation, catalytic pyrolysis and dehydration.All of them are “building blocks” for biorefinery which is of great potentials to be the future chemicals, materials, and energy base.Levulinic acid, also a “building block” derived from cellulose, is a fascinating compound because it offers several promising routes for biofuels as well as biochemicals. Starting from levulinic acid, levulinic esters and γ-valerolactone can be obtained through addition of alkenes and hydrogenation respectively. Both can be blended with gasoline as ethanol. With regard to energy density, polarity and boiling point, the derivatives of levulinic acid or γ-valerolactone, such as valerate, 5-nonanone, butene and C8+ alkenes, are more attractive in fuel applications. Moreover, levulinic acid and γ-valerolactone can also be converted to monomers. For instance, reaction with levulinic acid and phenol provides bisphenol A which is usually synthesized from acetone and plays important roles in polycarbonate and epoxy resin production. However, problems including the use of wasteful and corrosive mineral acid, the efficient separation of levulinic acid and external H2 supply, remain as bottleneck of the routes from cellulose to levulinic acid and γ-valerolactone.In chapter 1, we introduced the current state of the transformation of biomass towards biofuels and biochemicals as well as the concept of “building blocks” briefly. The chemical conversion of cellulose, synthesis and application of leculinic acid and γ-valerolactone were carefully reviewed. Besides，the relationship between biomass conversion and green chemistry were also commented.In chapter 2, levulinic acid was produced from cellulose by magnetic solid acid with mesopores. The process may find important applications for the liquid fuels and valuable chemicals production based on levulinic acid. By contrast with H2SO4, thecatalysts are more efficient to convert microcrystalline cellulose into LA and catalyst separation can be readily achieved by magnetic force.The in-situ reduction of levulinic acid using by-product formic acid was reported in chapter 3 and 4. We creatively proposed the transformation of levulinic acid in water with equimolar formic acid to γ-valerolactone. The success of this new route not only improves the atom economy of the process, but also avoids the energy-costly step to separate LA from the aqueous solution mixture of LA and formic acid. We have demonstrated that by using inexpensive RuCl3/PPh3, 1:1 aqueous mixture of levulinic acid and formic acid can be catalytically converted to γ-valerolactone in high yields. A striking positive CO2 effect on Ru-catalyzed hydrogenation is also observed, which may be used to explain the good performance of aqueous hydrogenation using water insoluble ligand. Moreover, by using heterogeneous catalyst Ru-P-SiO2 for decomposition of fomic acid and Ru/TiO2 for hydrogenation of levulinic acid, an efficient two-step process for γ-valerolactone production has been developed. The two catalysts can be used repetitively for at least 8 times without deactivationIn summary, two key problems concerning levulinic acid and γ-valerolactone production has been solved. First, levulinic acid has been prepared from cellulosic feed via a “green” dehydration process using magnetic mesoporous solid acids. Second, levulinic acid formed in aqueous medium can be reduced to γ-valerolactone by robust catalysts without using external H2.Key Words: biofuels, biochemicals, cellulose, levulinic acid, formic acid, γ-valerolactone, CO2 effect and in-situ reduction.中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。
NiSMM_促进纤维素催化加氢产多元醇的研究
- 31 -高 新 技 术0 引言生物质各成分炼制的技术路线是基于木纤维催化炼制技术提出的。
先将木制纤维素（呋喃类、化合物、多元醇和有机酸及其酯类衍生物等）中的半纤维素转化为平台化合物，再通过化学方法对制备液体燃料进行定向转化。
现有的液体烷烃的制备途径有3种：1） 纤维素。
可溶性纤维经过水解反应生成果糖和葡萄糖，经过脱水反应生成呋喃类有机化合物，再将粘稠液体环己烷聚合、脱水以及电解生成氢气，得到的产物主要是直链。
2） 乙酸乙酰丙酸酯由可溶性纤维制成，乙酰丙酸环化逐步形成五柠檬酸钠。
粘稠液体环己烷借助脱水制备，这个反应最快的方法比较复杂，产物以直链为主，能够再用乙酰丙酸酯作为燃料添加剂，也可以进一步加氢、脱氧，通过缩合作用生成液体烷烃。
3） 纤维素纤维素水解为途径简单、原子利用率较高的多元醇（山梨醇/甘露醇），加氢生成液体燃料烷烃。
1 研究目的传统可溶性纤维制造山梨糖醇/甘露糖醇的传统方法是一个两步反应过程：氢氧化钠溶液中的H 2（由氢氧根离子的H 2、水和从高温情况下溢流出口的H 2）与气体分子结合逐步形成H 3O +，H 3O +攻击可溶性纤维相对分子质量中的β-1，4-糖苷键，诱导其分解为葡萄糖，在电解水产氢金属催化剂的作用下，葡萄糖电解得到水制氢山梨糖醇，借助电解水将小部分葡萄糖异构化为果糖制氢，从而得到甘露醇。
在电解水制氢金属催化剂的作用下，电解水制氢是普遍可行的，能够转换2种不同的形式（转化方式包括耦合水解/加氢反应和双功能催化剂催化纤维素制备山梨醇、甘露醇）。
H 2在加氢活性组分表面的溢流作用或高温水产生的H +使纤维素发生水解，在Pt、Ni 得到的还原性糖，在水解中得到的还原性糖、Ru 等不同的负载金属表面进行加氢，最终得到多元醇。
纤维素制备多元醇的过程反应和产物复杂，往往是一种串并联的多步反应，中间反应过程夹杂羟醛缩合、各种类型的反应（例如脱氧核酸等），导致单一产物选择性较差。
因此，亟需开发设计新的催化剂，控制催化剂的组成与结构，从而提高多元醇目的产物的选择性。
木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展
木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发与利用已成为研究的热点。
木质纤维素作为一种广泛存在的可再生生物质资源，具有储量丰富、价格低廉、可再生等优点，因此在生物燃料领域，特别是在燃料乙醇的生产中，其潜在的应用价值日益受到关注。
本文旨在对以木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术的研究进展进行全面的综述和分析。
本文首先介绍了木质纤维素的组成、性质及其作为燃料乙醇原料的优势，阐述了木质纤维素在燃料乙醇生产中的重要地位。
随后，重点回顾了近年来在木质纤维素预处理、酶解糖化、酵母菌发酵以及后续分离提纯等关键技术环节的研究进展，分析了各种技术的优缺点以及适用条件。
本文还讨论了当前研究中存在的问题和挑战，如木质纤维素的复杂结构导致的预处理难题、酶解效率低、酵母菌对木质素和半纤维素的耐受性差等问题，并提出了相应的解决策略和发展方向。
本文展望了木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术的未来发展前景，认为通过持续的技术创新和优化，以及产业链上下游的协同合作，有望实现木质纤维素基燃料乙醇的高效、绿色、可持续生产，为可再生能源的发展做出重要贡献。
二、木质纤维素的结构与性质木质纤维素，作为自然界中最丰富的可再生有机资源，是植物细胞壁的主要成分，由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分构成。
这种复杂的天然高分子化合物具有独特的三维网络结构，赋予了其优良的生物降解性和生物相容性。
纤维素是由β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖分子线性链构成，具有较高的结晶度和较强的分子间氢键，因此具有较好的化学稳定性和生物惰性。
半纤维素则是由不同种类的单糖构成的支链聚合物，结构多样且无定形，相较于纤维素，其更易于被微生物降解。
木质素则是一种复杂的酚类聚合物，主要存在于细胞壁中，起着增强植物细胞壁硬度的作用，其结构中含有大量的酚羟基和甲氧基，赋予其良好的化学稳定性和生物抗性。
在燃料乙醇的发酵过程中，木质纤维素的这三种组分各有其重要作用。
第四节纤维素的化学性质
第四节纤维素的化学性质纤维素是自然界中存在的一种主要的生物大分子，主要由葡萄糖分子组成，是植物细胞壁的主要成分之一。
它在生命科学、化学、材料科学等领域都有着广泛的应用。
其化学性质的研究可以为纤维素的生产和应用提供重要的理论依据和技术支持。
1. 纤维素的化学构成纤维素是一种高分子化合物，由多个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键相连形成。
葡萄糖分子的空间排列方式决定了纤维素的各种性质。
葡萄糖分子中的羟基 (-OH) 可以被乙酰化，形成纤维素的乙酰基。
纤维素的结构中还存在少量的杂质，如木质素和半纤维素等，它们也对纤维素的物理和化学性质产生影响。
因此，在纤维素的研究中，除了对纤维素本身的性质进行研究外，还需要对其杂质的含量和性质进行分析和控制。
2. 纤维素的物理性质（1）纤维素的外观纤维素一般呈白色或米黄色粉末状，无味无臭，不溶于水和大部分有机溶剂，在浓硝酸中能溶解。
（2）纤维素的溶解性能由于纤维素的空间结构较为复杂，其溶解性能不佳。
纤维素在温和条件下只能在少量的有机溶剂中溶解，如 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)、N,N-二甲基乙酰胺 (DMAc) 等，也可在浓硝酸中溶解。
此外，纤维素的溶解性还与其结构和杂质的含量有关。
（3）纤维素的分子量纤维素的分子量较大，一般在数万到数百万之间。
分子量越大，其物理特性就越好，如强度、耐水化性、热稳定性等也更高。
分子量的高低也会影响纤维素的应用，例如在纤维素的医药领域中，低分子量的纤维素更具有生物相容性，适于制备口服药物。
（4）纤维素的热性质纤维素有较好的热稳定性，可在200℃ 以上的高温下稳定存在。
纤维素在高温下也可脱水分解，产生热解产物，如木质素和多糖等。
3. 纤维素的化学性质（1）纤维素的乙酰化反应纤维素中的羟基可被乙酰化，形成乙酰纤维素，可用作各种工业化学品和生物材料的原料。
乙酰化反应的原料为醋酸酐，反应条件为常温下在无水的有机溶剂中进行。
对于纤维素基质杂质较多的原料，在乙酰化反应前需要进行纤维素的纯化或富化操作。
纤维素基表面活性剂及功能化改性的研究进展
纤维素基表面活性剂及功能化改性的研究进展陈双双;李强;杨志英;冯土辉【摘要】纤维素基表面活性剂由于原料丰富、易生物降解和使用安全等众多优点，使其逐渐引起了人们的关注。
文章综述了纤维素基表面活性剂的研究进展，着重介绍了纤维素的溶剂体系和纤维素的功能化改性，包括接枝长链烷基、含碳氟基团以及双亲链段等纤维素表面活性剂。
%Cellulose-based surfactant has gradually aroused attention due to its advantages of abundant raw materials, easily biodegradable and safety. This paper reviews the research progress of cellulose solvent system and cellulose function modification. Mainly introduces cellulose chemical modification, including graft on long chain alkenes, fluoropolymer and amphiphilic polymer.【期刊名称】《纤维素科学与技术》【年(卷),期】2012(020)004【总页数】7页(P73-79)【关键词】纤维素;功能改性;表面活性剂【作者】陈双双;李强;杨志英;冯土辉【作者单位】广东溢多利生物科技股份有限公司,广东珠海519060;广东溢多利生物科技股份有限公司,广东珠海519060;广东溢多利生物科技股份有限公司,广东珠海519060;广东溢多利生物科技股份有限公司,广东珠海519060【正文语种】中文【中图分类】TQ352.79;TQ423.9表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着表面活性剂新品种的不断问世，已被广泛用于光电子、消防、纺织印染、纸张皮革处理、胶片、环保、石油开采、农药、高档涂料、合成树脂、燃料添加剂等领域，社会需求量也在不断增加。
以非粮生物质为原料的纤维素生化产品开发与生产方案(二)
以非粮生物质为原料的纤维素生化产品开发与生产方案一、实施背景随着全球能源短缺和环境问题的日益严重，开发可再生资源已成为当务之急。
非粮生物质作为一种可持续的资源，在能源、材料和化学品等领域具有广泛的应用前景。
我国政府在《可再生能源法》和《生物质能发展“十三五”规划》等政策文件中，明确提出要大力发展生物质能，推进生物质资源的综合利用。
在此背景下，以非粮生物质为原料的纤维素生化产品开发与生产具有重要的战略意义和市场前景。
二、工作原理1. 纤维素提取纤维素是植物细胞壁的主要成分，占植物干重的40-50%。
提取纤维素的方法主要包括化学法、物理法和生物法。
化学法使用酸碱溶液处理生物质，破坏木质素和半纤维素，从而分离出纤维素；物理法主要通过机械粉碎、高温水解等手段破坏植物细胞壁，使纤维素得以分离；生物法主要利用微生物产生的酶水解木质素和半纤维素，从而提取纤维素。
2. 纤维素转化纤维素的分子结构是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性高分子。
为了将其转化为可发酵糖，需要利用纤维素酶水解纤维素。
纤维素酶是一种复合酶，主要包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。
这些酶协同作用，将纤维素水解为葡萄糖。
水解过程中产生的葡萄糖可以被微生物利用发酵生产各种生化产品。
3. 产品合成与分离提纯纤维素水解产生的葡萄糖经过微生物发酵，可以生产乙醇、乳酸、乙酸等有机酸、燃料乙醇、生物丁醇等产品。
发酵液经过分离提纯，可以得到高纯度的产品。
不同产品的合成途径和分离提纯方法有所不同，需要根据具体产品特点进行工艺设计和优化。
三、实施计划步骤1. 技术路线选择根据非粮生物质的种类和性质，选择合适的纤维素提取方法。
综合考虑化学法、物理法和生物法的优缺点，选择生物法作为纤维素提取的主要手段，因为生物法条件温和、环境污染小、纤维素酶可重复利用。
同时，对纤维素酶的活性进行优化，提高纤维素的水解效率。
2. 实验流程设计（1）非粮生物质预处理：将收集到的非粮生物质进行破碎、粉碎、筛选等操作，获得合适粒度的生物质原料。
纤维素功能材料绿色制备及应用
纤维素功能材料绿色制备及应用Cellulose is the most abundant natural polymer on Earth, and it has gained increasing attention in recent years due to its renewable, biodegradable, and non-toxic nature. However, the traditional production process of cellulose-based materials often involves the use of harsh chemicals and high energy consumption, resulting in environmental pollution and high production costs.纤维素是地球上最丰富的天然聚合物，近年来因其可再生、可生物降解和无毒的特性而受到越来越多的关注。
然而，传统的纤维素基材料生产过程通常涉及使用刺激性化学品和高能耗，导致环境污染和高生产成本。
To address these issues, green synthesis of cellulose-based materials has become a hot research topic. Green synthesis refers to the use of environmentally friendly processes and sustainable resources to produce materials with minimal impact on the environment. In the context of cellulose-based materials, green synthesis typically involves the use of non-toxic solvents, mild reaction conditions, and renewable sources of cellulose.为了解决这些问题，纤维素基材料的绿色合成已成为热门的研究课题。
甘蔗的纤维素资源与综合利用研究
甘蔗的纤维素资源与综合利用研究甘蔗是一种常见的经济作物，被广泛种植用于糖业生产。
不过，除了糖分之外，甘蔗还有非常重要的资源，即纤维素。
纤维素是甘蔗茎部的主要组织成分，具有丰富的利用潜力。
因此，对甘蔗的纤维素资源与综合利用进行研究具有重要的意义。
首先，了解甘蔗纤维素的结构和性质对研究其综合利用具有重要的指导意义。
甘蔗纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素等多种有机化合物组成。
其中，纤维素是一种含有大量葡萄糖分子的多糖，具有高度结晶性和多孔性。
半纤维素是一类复杂的多糖物质，可以通过酶解或化学方法转化为有机酸和糖类。
木质素是甘蔗纤维素中的主要非糖成分，具有抗氧化性和抗菌性。
通过深入研究甘蔗纤维素的结构和性质，可以为其综合利用提供理论基础。
其次，甘蔗纤维素可以用于生产生物能源，如生物乙醇和生物质燃料。
生物乙醇是一种可再生能源，可以通过甘蔗纤维素的酶解和发酵得到。
甘蔗纤维素中的纤维素和半纤维素可以被酶降解成简单的糖类，然后通过发酵转化为乙醇。
生物乙醇作为一种清洁能源，可以替代传统的化石燃料，减少温室气体的排放。
此外，甘蔗纤维素还可以通过热解和气化等方法转化为生物质燃料，用于发电和供热。
再次，甘蔗纤维素可以用于生产纤维素醚和生物基材料。
纤维素醚是一种具有多种功能的化学品，广泛应用于建筑、油漆、纺织和医药等领域。
甘蔗纤维素可以通过酶解和化学修饰得到纤维素醚，如羧甲基纤维素醚和羟乙基纤维素醚等。
这些纤维素醚具有良好的胶体稳定性和吸水性能，在不同的应用领域中有广泛的应用前景。
此外，甘蔗纤维素还可以用于生产生物基材料，如生物塑料和生物复合材料，以替代传统的石化材料。
最后，综合利用甘蔗纤维素还可以产生附加值更高的产品，如纤维素纳米纤维和草酸钙。
纤维素纳米纤维是一种具有纳米级直径的纤维素纤维，具有优异的力学性能和生物相容性，可以用于制备纳米复合材料和纳米水凝胶等产品。
甘蔗纤维素可以通过酸、碱或机械方法等得到纤维素纳米纤维，为其应用提供了新的途径。
纤维素在磷酸—磷酸化合物中溶解性能的研究
纤维素在磷酸—磷酸化合物中溶解性能的研究摘要：本文研究了纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能，采用了多种测试方法进行实验验证。
实验结果表明，纤维素在磷酸—磷酸化合物中具有较好的溶解性能，其溶解度与纤维素的结构、分子量、纯度等因素有关。
此外，pH值、温度、离子强度等因素也会对纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能产生一定的影响。
本文对纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能进行了系统研究，对生物质资源的综合利用具有重要意义。
关键词：纤维素；磷酸—磷酸化合物；溶解性能；生物质资源；应用研究正文：一、引言纤维素是一种常见的生物质资源，具有丰富的应用价值。
纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能是其应用研究的一个重要方面。
目前，对于纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能研究尚不充分，需要深入探索其溶解机理和影响因素。
二、实验材料和方法1. 材料本实验选用纤维素为研究对象，采用多种分子量和纯度不同的纤维素样品，其中A、B、C分别为低、中、高分子量的纤维素样品。
2. 实验方法（1）溶解性能测试在常温和常压条件下，将精确称量的不同量的纤维素样品加入磷酸—磷酸化合物（pH=7.0）中，振荡培养一定时间，离心，取上清液，用紫外分光光度计检测其溶解度。
（2）红外光谱分析采用FT-IR光谱仪对纤维素样品进行红外光谱分析，研究其结构特征。
（3）粘度测定利用粘度计对不同分子量的纤维素样品在不同浓度下的粘度进行测定，研究纤维素分子量与溶解性能的关系。
（4）热重分析采用TGA仪器对纤维素样品进行热重分析，研究温度对纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能的影响。
（5）离子强度测定采用离子强度计对磷酸—磷酸化合物中的离子强度进行测定，研究离子强度对纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能的影响。
三、实验结果和讨论1. 纤维素在磷酸—磷酸化合物中的溶解性能对不同分子量和纯度的纤维素样品进行溶解性能测试，结果如表1所示：表1不同纤维素样品在磷酸—磷酸化合物中的溶解度样品纤维素分子量/ g·mol-1 纯度/% 溶解度/g·L-1A 1000 85.0 1.23B 10000 92.0 2.15C 100000 98.0 3.08由表1可知，在磷酸—磷酸化合物中，纤维素的溶解度随分子量和纯度的提高而增加。
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基于嗜热微生物的一体化生物加工
• 一体化生物加工被认为是纤维素乙醇的最终解决方案，因 为该工艺的处理工艺少，减少了生产成本。 • 嗜热微生物的许多优势：相比中温菌而言，有更高的反应
速率和较少的污染。嗜热微生物在纤维素乙醇生产领域还
远没有发挥应用的作用。 • 本研究采用系统生物学方法和代谢工程手段，首次进行纤
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生物基化学品的研究现状
• 美国计划到2030年用生物能源替代20%化石燃料每年减少二氧化 碳1亿吨； • 欧盟要求到2010年生物燃料比例占8%，温室气体排放量减少8%， 计划在4年内燃料乙醇产量提高5倍； • 英国石油BP公司宣布将在未来10年内用5亿美元资助生物质能源 研究； • 美国国家可再生能源实验室、加拿大Iogen公司、瑞典隆德大学、 芬兰技术研究中心、法国石油研究院、日本石油替代品发展研究 协会、印度理工学院等都开展了木质纤维素原料酶解转化乙醇的 重视生产线或试生产线； • 2006年，美国公布了《打破生物的障碍：纤维乙醇联合研究议程》 报告，提出了美国的纤维质生物燃料工业发展路线图。
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真菌酶的在线生产系统
• 酶水解木质纤维素得到可发酵糖是纤维素乙醇生产的主要成 本。本课题组致力于开发乙醇工厂酶的在线生产系统，以减 少酶的纯化与运输成本。 • 本研究首先筛选具有相应功能的真菌，然后采用分子生物学 手段作菌株改造，最后开发菌株的培养发酵系统。使用多种 真菌混合培养可以产生更加完善的酶系统。 • 开发了造粒技术，允许反应器中有较高的生物质浓度以提高 生产率。我们还做了筛选菌株的遗传改造以提高其木质素酶 的生产能力。
• 生产过程中存在的问题与解决方案
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生物基化学品
• • • • 生物溶剂：丙酮 生物材料：生物聚酯 生物燃料：乙醇、丁醇 有机酸类：乳酸、苹果酸、琥珀酸
石化来源
生物质来源
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近年的石油价格波动
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生物基燃料的市场需求
The Problem: Our Society STOPS Without Liquid Fuels!
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纤维素基化学品的研究
汇报人：杨勇
陈树林教授、李寅研究员课题组
生物炼制过程与系统（Biorefinery Processes and Systems ） 中科院微生物研究所工业生物技术中心
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汇报内容
• 生物基化学品种类
• 本课题的研究背景及意义
• 本课题组开展的研究工作
50%
Chemicals (15%)
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木质纤维素的化学组成
Black thermoplastic containing lots of energy for burning.
Nature’s plastic glue Xylose and other sugars
Primarily pentoses, 5-carbon sugars.
技术方法
Bio-Chemical
Hydrolysis Fermentation Biocataysis
市 场
Intermediary Products
Biosynthesis
gas
Agricultural Residues:
Forrest Residues: Energy Crops: Poplar,willow
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多原料分布式纤维素乙醇生产系统
• 本研究的目：是开发可利用多种木质纤维素资源
的小型纤维素乙醇生产系统。本研究将采用非常 规的方法实现这一系统。
• 非常规方法：本研究将首次开发适合于多种生物
质原料的预处理和水解流程，并提高/改造微生物
对五碳糖的发酵利用率，并为该工艺发酵过程和
Glucose polymer Homopolymer of glucose,
hexose, a 6-carbon sugar.
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预处理工艺 • 物理方法 • 化学方法 • 物化方法 • 生物预处理 • 联合处理方法
• 农作物秸秆:玉米秸秆、稻草、麦 秸秆 • 森林废弃物与腐殖质 • 能源作物：柳枝稷、白杨 • 城市和建筑废物
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生物基化学品的研究现状
• 2007年2月28日美国能源部部长宣布，在今后四年中，能 源部将投资3.85亿美元，用于支持6个非传统原料（木片、 秸秆和柳枝稷等）生物炼制项目。
• 美国政府要求，到2012年纤维素乙醇成本可同期有竞争；
2013年纤维素乙醇燃料的年使用量要达到2.5亿加仑； • 纤维素乙醇同样也是中国燃料乙醇未来的发展方向：中国
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从石油炼制到生物炼制
(Cow) 生物炼制
=
瘤胃反应器
生物炼制工厂
*Rasby, Rick. ―Estimating Daily Forage Intake of Cows‖. University of Nebraska -Lincoln Institute of Agriculture and Natural Resources, /stories/200608210.shtml, 10/02/06.
买秸秆
柳枝稷 玉米秸秆
38.2
31.0 37.5
21.2
20.4 20.8
0.3
0.3 1.8
0.7
0.9 2.5
2.5
2.8 3.5
23.4
17.6 17.6
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秸秆预处理前后的化学结构
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小分子化合物的分析检测
• 水解产物鉴定
– 葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖
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生物预处理
• 当前的预处理木质纤维素得到可发酵糖的方法不 仅能耗高，条件苛刻，而且会产生对乙醇发酵菌 株有毒性的化合物。 • 木质纤维素在自然环境中能够缓慢地降解，来自 不同微生物的混合酶系统协同作用完成木质纤维 素材料的降解。 • 开发一种利用混合酶系统进行高效快速降解木质 纤维素酶系统的工艺，使木质纤维素的生物预处 理成为可能。
– 第一部分是在分子和细胞水平分析该生物过程并建立 模型。
– 第二部分关注生物炼制过程，包括过程动力学，物质 传递，和能量平衡。
– 第三部分是整合系统不同水平的模型，模拟和优化整 个生物炼制过程。
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纤维素乙醇的研究
纤维素生物质工艺 玉米工艺 甘蔗工艺
乙醇
甘蔗
单糖
发酵
蒸馏
干燥
玉米粒
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拟解决的关键问题 ——本课题的研究目标
Relative Cost
Early Years
Today's Mature Processes
Future
Today
Future
Oil
Processing
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本课题组正在开展的研究
• • • • • • • 纤维素生物质生物预处理 真菌酶的在线生产系统 多原料分布式纤维素乙醇生产系统 基于嗜热微生物的一体化生物加工 建立过程整合及优化的数学模型 生物基大宗化学品的新型合成路线 纤维素乙醇的生产过程整合及优化
秸秆资源量达6亿吨，其中有一半没有得到充分利用；我
国林业废弃物资源量每年8亿吨，其中有3亿吨尚未开发利 用。
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本课题组的研究工作
• • • •
本课题的研究目的 拟解决的关键问题 目前参与的研究项目 需要拓展的研究内容
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生物炼制
原 料
Municipal Solid Waste:
• 发酵抑制物的检测
– 糠醛、甲酸、乙酰丙酸
• 发酵产物鉴定
– 乳酸、丙酮酸、琥珀酸、富马酸、乙酸 – 丙酮、乙醇、丁醇
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纤维素生物质的的水解产生的抑制物
发酵抑制物
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欢迎多提宝贵建议！
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预处理前后纤维素生物质的宏观结构变化
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秸秆在处理前后的微观结构变化
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预处理方法对秸秆结构的改变
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纤维素生物质的化学成分测定
木质纤维素 云杉 松木 桦木 白杨木 纤维素 41.9 37.7 38.2 49.9 木聚糖 6.1 4.6 18.5 17.4 甘露聚糖 NA NA 1.2 4.7 半乳聚糖 1.2 NA NA 1.2 阿拉伯多糖 27.1 27.5 NA 1.8 木质素 9.6 10.8 22.8 18.1
微生物发酵
葡萄糖
单环芳香族化合物
乙醇
丙酮酸
乳酸
丙烯酸
乙酰乙酰辅酶A
乙酰辅酶A
苹果酸
富马酸
聚酯
琥珀酸
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需要拓展的研究内容
• 预处理对纤维素生物质的微观结构的影响
• 纤维素生物质的化学组成及其化学结构
• 纤维素生物质水解产物的测定
• 纤维素生物质水解及发酵过程所产生的发
酵抑制物的检测
维素乙醇生产嗜热菌的筛选，并通过对优选的嗜热微生物
代谢途径改造增加乙醇产率及其对乙醇的耐受性。最后开 发出一体化的纤维素乙醇生产的生物炼制系统。
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建立过程整合及优化的数学模型
• 纤维素乙醇生物炼制是一个复杂的系统，包括生 物学、化学及物理学过程。
• 数学模型及系统分析是理解生物过程及优化生物 炼制系统经济的有效工具。