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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(qiáng)集料間的粘結(jié)能力，起到增強(qiáng)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(shí)，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(tuán)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(duì)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(jī)械粉碎：機(jī)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(huì)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(shí)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(diǎn)是由半纖維素水解來的部分單糖在酸的作用下會(huì)進(jìn)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(shí)間短、操作簡單、糖化效果明顯，但由于處理費(fèi)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(duì)植物纖維素原料進(jìn)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(dòng)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(qiáng)化傳質(zhì)，對(duì)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(duì)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(duì)纖維素原料進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)．
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(xì)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(jī)械斷裂，內(nèi)含水閃蒸時(shí)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(shí)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(jìn)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(fèi)用較低，效果明顯，其不足之處是對(duì)設(shè)備的要求較高，能耗較大，在高溫條件下部分木糖會(huì)進(jìn)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?jiān)鸵后w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(shí)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?jiān)章蕿?7%。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(jì)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(shí)又形成新的官能團(tuán)，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(tuán)主要有酚羥基和烷基。 選用對(duì)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(jìn)料在與木質(zhì)素相同的水熱條件下進(jìn)行熱反應(yīng)，模擬真實(shí)木質(zhì)素的的水熱解聚過程。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(jī)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(duì)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(jī)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(diǎn)在于氫氧化鈉成本較高且不易回收，廢液會(huì)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(jī)溶劑處理：有機(jī)溶劑萃取木素的研究最早開始于造紙行業(yè)．有機(jī)溶劑處理酸催化有機(jī)溶劑法最為常用．有機(jī)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(jī)酸指草酸、乙酰水楊酸和水楊酸．它是利用有機(jī)溶劑在高溫條件下，依靠溶液的H+來進(jìn)攻亞甲基醌結(jié)構(gòu)中的碳負(fù)離子，從而破壞LCC復(fù)合物，脫出木素．有機(jī)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(shí)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(qiáng)氧化劑將木質(zhì)素氧化分解，同時(shí)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(diǎn)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(huì)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(duì)60 g/L玉米秸稈進(jìn)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(dá)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(shí)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(shí)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(gè)過程能耗較低，被認(rèn)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)水解使得半纖維素含量下降．試驗(yàn)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(jì)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(xì)胞腔蔓延，主要集中在紋孔處．在菌絲下細(xì)胞壁被分解出一條溝槽，它可從細(xì)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(gè)最大缺點(diǎn)是處理周期長，而且許多白腐真菌在分解木質(zhì)素的同時(shí)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(hù)、以及半纖維素的覆蓋等．綜上所述，隨著人類對(duì)環(huán)境污染和資源危機(jī)等問題的認(rèn)識(shí)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(duì)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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