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北京世紀(jì)森朗公司，關(guān)于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)高效組分分離及高值轉(zhuǎn)化的設(shè)備主要有，間歇式高壓反應(yīng)釜及轉(zhuǎn)化裝置系統(tǒng)，材質(zhì)可分為合金材料或是不銹鋼材料。
木質(zhì)纖維素的作用：
吸附作用----纖維能增加瀝青與礦粉的粘附性，大大提高瀝青瑪蹄脂的粘度，加強集料間的粘結(jié)能力，起到增強瀝青混合料的作用。
加筋作用----纖維在瀝青混合料中形成三維網(wǎng)筋。在低溫情況下，有一定程度的抗開裂作用。
穩(wěn)定作用----纖維能穩(wěn)定瀝青膜。在高溫時，纖維內(nèi)部空間吸持了部分受熱膨脹的瀝青，不致成為自由瀝青，從而防止泛油，提高了高溫穩(wěn)定性。
分散作用----顆粒狀木質(zhì)素纖維具有良好的分散性，它能使瀝青、礦粉等
組份在混合料中均勻分散。防止形成膠團狀物質(zhì)而導(dǎo)致的路面油斑。
增稠作用----顆粒狀木質(zhì)素在瀝青混合料中通過纖維表面對瀝青的吸附作
用，吸持住更多的瀝青。使得集料表面形成更厚的瀝青結(jié)構(gòu)膜，提高混合料的耐久性。
1 機械粉碎：機械粉碎處理是指用球磨、碾磨、輥筒等將纖維素物質(zhì)粉碎．經(jīng)粉碎的物料粉末沒有膨潤性，體積小，提高基質(zhì)濃度，有利于酶解過程中纖維素酶或木質(zhì)素酶發(fā)揮作用．但是能耗較高，處理效果較差．
2 熱液處理：此處理方法是將物料置于高壓狀態(tài)的熱水中，高壓熱水能夠讓生物質(zhì)中的半縮醛鍵斷裂并生成酸，酸又會使半纖維素水解成單糖．預(yù)處理后的纖維素具有較高的酶解效率，同時預(yù)處理過程可以得到高產(chǎn)率的半纖維素轉(zhuǎn)化的糖，水解產(chǎn)物可以直接用來發(fā)酵生成乙醇．其缺點是由半纖維素水解來的部分單糖在酸的作用下會進一步水解生成糠醛等微生物發(fā)酵的抑制物．
3 微波處理：微波是一種波長指在1 mm~100 cm范圍內(nèi)（頻率300 MHz~300 KMHz）的電磁波．微波處理時間短、操作簡單、糖化效果明顯，但由于處理費用高而難以得到工業(yè)化應(yīng)用．微波可以改變植物纖維素原料的超分子結(jié)構(gòu)，使纖維素結(jié)晶區(qū)尺寸發(fā)生變化；能夠部分降解木質(zhì)素和半纖維素，從而增加其可及度，提高植物纖維素的酶水解(糖化)的效率．Ooshima等發(fā)現(xiàn)微波對植物纖維素原料進行預(yù)處理可以部分降解木質(zhì)素和半纖維素，從而增加其可及度，提高植物纖維素的酶水解（糖化）效率．
4 超聲波：超聲波是指振動頻率大于20 KHz的聲波，以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，可產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)．超聲波產(chǎn)生的空化作用不僅能強化傳質(zhì)，對被作用材料本身也能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的影響．木質(zhì)纖維素中包含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素3種成分，需要降低反應(yīng)過程中的傳質(zhì)阻力、打破其包裹結(jié)構(gòu)．如何澤超通過研究發(fā)現(xiàn)超聲波場對纖維素的酶水解過程有明顯的加速作用，在28 Mw/mL的超聲波場中，可提高反應(yīng)速度約0.6倍．
5 高能輻射：高能輻射方法是利用高能射線如電子射線、γ射線來對纖維素原料進行預(yù)處理，以降低的纖維素聚合度和增加纖維素的活性．電離輻射的作用，一方面是使纖維素聚合度下降，分子量的分布特性改變，使其分子量分布比普通纖維素更集中；另一方面是使纖維素的結(jié)構(gòu)松散，并影響到纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，從而使纖維素的活性增加，有利于后續(xù)的水解．但是此方法設(shè)備投入較高，目前僅限于實驗室．陳靜萍等采用60 Co-γ1 000~1 500 kGy處理稻草秸稈，電鏡觀測顯微組織結(jié)構(gòu)變化．實驗結(jié)果表明，隨著輻射劑量的增大，稻草表面硅晶結(jié)構(gòu)和纖維結(jié)構(gòu)，隨著輻射劑量的加大破壞程度增強．
6 蒸汽爆破：結(jié)果使得半纖維索分解為蒸汽爆破是木質(zhì)纖維原料預(yù)處理目前最常用的方法．將物料用水加熱到200 ℃左右后保持0.5~15 min，在高溫高壓下使水分子穿透生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)，然后迅速減壓，造成纖維素纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的機械斷裂，內(nèi)含水閃蒸時產(chǎn)生巨大的爆破力、摩擦力與碰撞力，使纖維原料被破碎．同時高溫高壓加劇了纖維素內(nèi)部氫鍵的破壞和有序結(jié)構(gòu)的變化，游離出新的羥基，增加了纖維素的吸附能力，也促進了半纖維素的水解和木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化．蒸汽爆破預(yù)處理的費用較低，效果明顯，其不足之處是對設(shè)備的要求較高，能耗較大，在高溫條件下部分木糖會進一步降解生成糠醛等有害物質(zhì)．Sassner等用汽爆（180~210 ℃，4, 8, 12 min）+H2 SO4（0.25%、0.5%w/w）處理柳樹木屑．處理后每100 g干物質(zhì)得到總糖55.6 g，接種普通酵母經(jīng)同步糖化發(fā)酵得到乙醇16 g/L．
連續(xù)攪拌高壓反應(yīng)釜為間歇式反應(yīng)器，以玉米秸稈木質(zhì)素溶液為原料，采用水熱解聚法處理木質(zhì)素溶液制備酚類化合物。研究發(fā)現(xiàn)，以固體殘渣和液體產(chǎn)物收率為標(biāo)準(zhǔn)，最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度523-548K，反應(yīng)時間90min，乙醇濃度65%，木質(zhì)素濃度以3-7.5%為宜，可得到65.5%的液體產(chǎn)物，而固體殘渣收率為17%。解聚木質(zhì)素得到的單體酚類化合物包含H型、G型和S型酚類化合物，主要是4-C2-C6酚類化合物。按峰面積計算，4-C2-C6酚類化合物占35-40%。儀器分析結(jié)果表明，木質(zhì)素水熱解聚過程中發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂同時又形成新的官能團，脫羰基（酯鍵）和醚鍵（β-O-4）斷裂是木質(zhì)素解聚的主要反應(yīng)，形成的新官能團主要有酚羥基和烷基。 選用對羥基肉桂酸（PCA），阿魏酸（FA），阿魏酸乙酯（FAEE），3,4-二甲氧基肉桂酸（DMCA），H型單體β-O-4高聚物（HP），G型單體β-O-4高聚物（GP），以及愈創(chuàng)木酚基甘油-β-愈創(chuàng)木基醚（GG）為木質(zhì)素模型化合物，并將其作為進料在與木質(zhì)素相同的水熱條件下進行熱反應(yīng)，模擬真實木質(zhì)素的的水熱解聚過程。研究發(fā)現(xiàn)，對羥基肉桂酸、阿魏酸和β-O-4型模型化合物可以完全降解，降解途徑主要為脫羧基反應(yīng)和β-O-4鍵斷裂，這些鍵的裂解正是木質(zhì)素解聚的關(guān)鍵步驟。形成的4-乙烯基酚類化合物容易發(fā)生聚合反應(yīng)形成二聚體。
2.1 酸處理：纖維素水解試劑有濃酸、稀酸和無水無機酸．稀酸預(yù)處理是較常用而成熟的方法之一．酸水解可分為高溫水解和低溫水解．低溫水解溫度為100 ℃或100 ℃以下，而大多數(shù)高溫水解是160~220 ℃．該方法溫度和酸濃度越劇烈木質(zhì)纖維素的處理效果越好，但其產(chǎn)生的發(fā)酵抑制產(chǎn)物（甲酸、乙酸、糠醛、經(jīng)甲基糠醛、糖醛酸、己糖酸等不穩(wěn)定生成物）相對增加，因此多采用稀酸和低溫處理，常用為稀硫酸．經(jīng)稀硫酸處理后，半纖維素水解，可以大大增加纖維素的水解性．纖維素被降解主要轉(zhuǎn)化成葡萄糖；半纖維素則生成多種單糖（木糖、阿拉伯糖、甘露糖等）；木質(zhì)素則降解成多種單環(huán)芳香族化合物．Orozco, Ahmad等用不同濃度的磷酸，不同溫度下在微波發(fā)生器內(nèi)處理原料草．結(jié)果為在磷酸濃度2.5%，溫度175℃為草水解的最佳條件．Curreli等用2%稀HSO4水解半纖維素，1%NaOH+H2O2水解木質(zhì)素，最后酶解得到純度較高的纖維素．
2.2 堿處理：堿處理法主要用的堿有氨水、Ca(OH) 2，NaOH和堿性過氧化氫．其原理是利用木質(zhì)素能溶解于堿性溶液來破壞其中的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，機理是基于OH-削弱纖維素和半纖維素之間的氫鍵及木聚糖半纖維素和其它組分內(nèi) 部分子之間酯鍵的皂化作用．隨著酯鍵的減少木質(zhì)纖維原料的空隙率增加，半纖維素部分溶解、纖維素則因水化作用而膨脹，纖維素的結(jié)晶度也有所降低．但是堿處理的主要缺點在于氫氧化鈉成本較高且不易回收，廢液會造成環(huán)境污染．Kim等采用15%氨水循環(huán)浸沒玉米秸稈可以高效去除70%~85%的木質(zhì)素（近紅外光譜分析測定），溶解40%~60%的半纖維素，保留完整的纖維素組分．酶解纖維素水解率為99%．電鏡照片顯示經(jīng)氨水處理后生物質(zhì)結(jié)構(gòu)變形，纖維素暴露．
2.3 酸催化有機溶劑處理：有機溶劑萃取木素的研究最早開始于造紙行業(yè)．有機溶劑處理酸催化有機溶劑法最為常用．有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮、乙烯基乙二醇、三甘醇及四氫化糠基乙醇，有機酸指草酸、乙酰水楊酸和水楊酸．它是利用有機溶劑在高溫條件下，依靠溶液的H+來進攻亞甲基醌結(jié)構(gòu)中的碳負離子，從而破壞LCC復(fù)合物，脫出木素．有機溶劑處理可降低成本，避免阻礙微生物生長、酶法水解和發(fā)酵的化合物生成．但同時存在腐蝕和毒性等問題的限制，容易造成壞境污染．
2.4 氧化處理：臭氧處理是利用氧氣、臭氧、過氧化氫等強氧化劑將木質(zhì)素氧化分解，同時溶出大部分的半纖維素，纖維素幾乎不受影響．這種處理方法條件溫和，操作簡便．缺點是需要臭氧量較大，生產(chǎn)成本昂貴．除上述方法，還有濕氧化法預(yù)處理．此法通常是在加溫加壓條件下，水、氧氣和堿共同處理木質(zhì)纖維素原料，木質(zhì)素、半纖維素溶解于堿液．濕氧化法不會產(chǎn)生糠醛、羥甲基糠醛等發(fā)酵阻抑物，處理后的液體含有溶解的半纖維素、羧酸等是真菌生長繁殖的營養(yǎng)來源．Eniko等人采用濕氧化法在195 ℃,5 min,1.2 MPa O2、6.5 g/L Na2CO3對60 g/L玉米秸稈進行預(yù)處理，其中60%半纖維素，30%木質(zhì)素被溶解，90%纖維素呈固態(tài)分離出來，纖維素酶解轉(zhuǎn)化率達85%左右．
3物理化學(xué)結(jié)合法：物理化學(xué)結(jié)合法處理木質(zhì)纖維素原料主要有氨冷凍汽爆法、CO2汽爆法．將化學(xué)試劑加入蒸汽爆破處理的物料中提高預(yù)處理效果．
3.1 氨纖維爆破：氨纖維爆破（ammonia fiber explosion, AFEX）將木質(zhì)纖維原料在液態(tài)氨（壓力115 MPa，溫度50~80 )℃處理一定時間，然后突然減壓使原料爆破．在此過程中，由于液體氨的迅速汽化而產(chǎn)生的驟冷作用，不但有助于纖維素表面積的增加，同時還可避免高溫條件下糖的降解以及有害物質(zhì)的產(chǎn)生．此法采用的液態(tài)氨可以通過回收循環(huán)使用，整個過程能耗較低，被認為是一種較有發(fā)展前途的預(yù)處理技術(shù)．典型的AFEX工藝中，處理溫度在90~95 ℃，維持時間20~30 min，每kg原料用1~2 kg液氨．Lee等采用兩種不同的預(yù)處理方法：自動水解和氨纖維爆破沿海百慕大草．氨纖維爆破在100℃處理30 min后經(jīng)酶解得到理論糖量的94.8%；自動水解經(jīng)170 ℃,60 min處理后酶解得到55.4%．AFEX并沒有改變百慕大草的組分，但是自動水解使得半纖維素含量下降．試驗結(jié)果表明AFEX增加了原料的酶解率，獲得了更多的可發(fā)酵性糖。
3.2 CO2汽爆法：其過程類似于汽爆，在高溫高壓固體原料和CO2反應(yīng)，在處理過程中部分CO2以碳酸形式存在，增加木質(zhì)纖維原料的水解率．CO2爆破預(yù)處理效果比蒸汽爆破和氨纖維爆破法差，但是成本較汽爆高，缺乏經(jīng)濟競爭力，目前應(yīng)用較少．
4生物處理：生物法是利用分解木質(zhì)素的微生物降解木質(zhì)素，從而提高纖維素和半纖維素的酶解糖化率．木腐菌是能分解木質(zhì)素的微生物，通常分為白腐菌、褐腐菌和軟腐菌3種．白腐菌是自然界中最主要的木素降解菌，其分泌的胞外氧化酶主要包括木質(zhì)素過氧化(LiP)、錳過氧化物酶(MnP)、漆酶(Laccase)．這些木質(zhì)素降解酶能有效、徹底地將木質(zhì)素降解成為H2O和CO2．除了木質(zhì)素酶外，白腐菌還具有纖維素酶、半纖維素酶活性．白腐菌在降解木材的過程中，在適宜的條件下，白腐菌菌絲開始沿著細胞腔蔓延，主要集中在紋孔處．在菌絲下細胞壁被分解出一條溝槽，它可從細胞腔到復(fù)合胞間層，逐漸降解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素．微生物處理方法設(shè)備簡單、能耗低、無污染、條件溫和，但微生物處理方法的一個最大缺點是處理周期長，而且許多白腐真菌在分解木質(zhì)素的同時也消耗部分纖維素和半纖維素．由前可知，影響木質(zhì)纖維素物料酶解率的主要因素有纖維素的結(jié)晶度、可及表面積、木質(zhì)素的保護、以及半纖維素的覆蓋等．綜上所述，隨著人類對環(huán)境污染和資源危機等問題的認識不斷深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性質(zhì)日益受到重視，雖然目前已經(jīng)取得了一些成績，但是對于纖維素原料的水解及發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的工業(yè)化仍然存在許多挑戰(zhàn)性的問題，隨著研究的深入，許多關(guān)鍵性問題將得到解決。
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