半釬維素生產(chǎn)燃料乙醇的熱水預抽提技術(shù)

造二芒與敦術(shù)13半軒維素生產(chǎn)燃科z醇的熱小預抽提技術(shù)楊恒張素風(fēng)陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院陜西西安(710021)摘要:結合生物質(zhì)精煉的理念,可以在植物纖維原料燕煮之前,通過(guò)熱水預抽提的方式,先抽提出部分半纖維素。抽提出的半纖維素經(jīng)分離后可以通過(guò)水解、發(fā)酵制取燃料乙醇;抽提后的植物纖維原料仍用于制漿造紙。這樣既可以做到生物質(zhì)資源的充分、可持續利用,又能為制漿企業(yè)帶來(lái)附加經(jīng)濟效益關(guān)鍵詞:熱水預抽提;燃料乙醇;半纖維素能源是人類(lèi)社會(huì )生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。面對精煉的熱點(diǎn)。蒸煮前通過(guò)預處理提取半纖維素,這是全球的資源短缺與能源危機,生物質(zhì)資源由于其可目前結合制漿造紙工業(yè)而研究的生物質(zhì)精煉方式再生性和環(huán)保性而越來(lái)越受到人們的重視。制漿造之紙行業(yè)是木質(zhì)生物質(zhì)資源的主要利用途徑之一,但現有的預處理方法主要有物理法、化學(xué)法物理是,長(cháng)期以來(lái)除了纖維素纖維用于制漿造紙外,在化學(xué)法和生物法。物理預處理方法主要包括機械粉化學(xué)法制漿過(guò)程中,分別占植物纖維原料質(zhì)量約碎、微波和超聲波預處理、蒸汽爆破和熱水預抽提等。20%和30%的半纖維素和木素會(huì )被溶解到蒸煮廢化學(xué)預處理方法主要包括酸水解堿水解、臭氧法、有液中。蒸煮廢液通常是通過(guò)堿回收系統燃燒,用來(lái)機溶劑法等。物理化學(xué)法主要包括氨爆破法、CO2爆生產(chǎn)蒸汽、電能和回收氫氧化鈉等化學(xué)藥品。但是,破法等。生物法預處理主要是通過(guò)真菌降解植物纖維半纖維素的燃燒值很低,遠低于木素的燃燒值,半原料中的木質(zhì)素,目前研究得最多的是白腐菌。纖維素沒(méi)有得到有效利用。上述諸多方法中,機械粉碎和蒸汽爆破會(huì )破壞纖近年來(lái),隨著(zhù)生物質(zhì)精煉技術(shù)的發(fā)展,對木質(zhì)生維結構,運行成本也較高。微波處理法設備投資昂貴物質(zhì)原料中半纖維素的分離利用如發(fā)酵制取燃料乙化學(xué)法預處理也存在一定的局限性,如操作危險性醇等產(chǎn)物的研究越來(lái)越受到研究者的重視。目前,半強、環(huán)境污染大、能耗高、反應時(shí)間長(cháng)、反應裝置的耐纖維素生物精煉的新模式是在傳統的蒸煮前通過(guò)預腐蝕要求高等。生物法預處理由于酶的成本高、活性抽提的方式,先抽提出部分半纖維素。抽提出的半纖低,難以大規模商業(yè)化運用。而熱水預抽提法不使用維素經(jīng)分離后可以通過(guò)水解發(fā)酵制取乙醇或直接提酸,所以不需使用化學(xué)藥品進(jìn)行緩沖與中和處理,降取乙酸等化學(xué)品;抽提后的植物纖維原料仍可用于制低了成本,對環(huán)境無(wú)污染。在熱水中蒸煮時(shí)物料顆粒漿造紙會(huì )發(fā)生破裂,不需對物料進(jìn)行降低顆粒大小的粉碎處熱水預抽提技術(shù)具有成本低,對環(huán)境無(wú)污染,能理能耗較少,半纖維素的水解率與回收率高,并且水耗低,半纖維素的水解率和回收率高等優(yōu)點(diǎn),是近年解產(chǎn)物中中性殘余物數量少。因此,熱水預抽提技術(shù)來(lái)研究的熱點(diǎn)。開(kāi)展制漿造紙與生物質(zhì)精煉相結合的具有很好的發(fā)展前景。研究對我國植物纖維資源的高效利用、環(huán)境保護以及熱水預抽提實(shí)質(zhì)上是稀酸處理法的演繹。在高壓提高制漿造紙產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益都具有現實(shí)和長(cháng)遠的下,水仍可以維持液態(tài),其介電常數隨溫度的升高而意義嗎。增大,在200℃時(shí)純水的pH值接近5。高溫高壓下,水可以穿透生物質(zhì)的細胞壁,水合纖維素,去除半纖1熱水預抽提技術(shù)概述維素V凵中國煤化工藝參數在抽提半纖半纖維素是自然界含量第二豐富的糖類(lèi)資源。充維素CNMHG和木素保留在物料分利用木質(zhì)生物質(zhì)中的半纖維素已成為當前生物質(zhì)中。熱水捆提覆中的對羋系過(guò)膜分離后,可以通作者簡(jiǎn)介:楊恒,男,1984—,陜西科技大學(xué)造紙學(xué)院,在讀碩士研究生,研究方向:生物技術(shù)與制漿造紙工藝與技術(shù)2011年第2期過(guò)稀酸水解、發(fā)酵制得乙醇。剩余物料仍用于制漿乙醇引。 Alexandra等人研究發(fā)現隨著(zhù)熱水抽提溫度升造紙。高,半纖維素的提取率提高但多聚糖的分子量變小,熱水預抽提破壞了半纖維素上的乙?；啡┧岚肜w維素受破壞程度提高。西班牙穆?tīng)栁鱽喆髮W(xué)將取代物等,生成乙酸及其他有機酸乙酸等有機酸的玉米稈粉碎處理后,對其進(jìn)行不添加任何化學(xué)物質(zhì)的形成有助于打破纖維原料細胞壁的醚鍵連接,對低聚熱水預處理可獲得木糖的最大產(chǎn)率為53%,而葡萄糖的形成及去除起到了催化作用。另外,溫度顯著(zhù)影糖產(chǎn)率不超過(guò)8%同。 Charles等人研究了用稀硫酸從響液態(tài)熱水的介電常數在高溫作用下,水也起到了玉米桿中抽提部分半纖維素通過(guò)氨水控制抽提液的酸的作用。多聚糖特別是半纖維素可以被水解生成pH值。另外有研究顯示,200-230℃的高壓水和生單糖,而酸的存在會(huì )使部分單糖進(jìn)一步水解為醛,主物質(zhì)混合15min以后,40%-60%的生物質(zhì)被溶解,其要是戊糖中的糠醛以及六碳糖中的5-羥甲基糠醛,中包括4%-2%的纖維素、35%-60%的木質(zhì)素以及它們對微生物的發(fā)酵都有抑制作用。因此采用堿(如所有的半纖維素。預處理時(shí)間為2min,蔗渣的熱水預KOH)來(lái)保持熱水的pH值在5-7之間,使得生物質(zhì)處理溫度從200℃C上升到220℃,木糖的溶解程度從盡可能不要水解為單糖,并且控制預處理過(guò)程中的化34%提高到88%,糖化率從43%提高到61%學(xué)反應四國內華南理工大學(xué)于建仁等以桉木為原料,熱水由于木質(zhì)纖維素顆粒在熱水預處理的時(shí)候得到分預處理溫度170℃,升溫時(shí)間為40-60min,保溫離所以不需要另再減小生物質(zhì)顆粒的粒徑。預處理后60min,半纖維素提取率為33%網(wǎng)。研究表明,隨著(zhù)預處的纖維素具有極高的酶消化性。同時(shí)預處理過(guò)程可以理溫度的升高戊糖提取率顯著(zhù)增加。華南理工大學(xué)得到高產(chǎn)率的半纖維素轉化的糖,水解產(chǎn)物可以直接還對桉木水抽提液中糖類(lèi)組分進(jìn)行了分析,并對酒精用來(lái)發(fā)酵生成乙醇。另外植物纖維中的半纖維素通常發(fā)酵條件進(jìn)行了初步研究。結果表明桉木熱水抽提條是和木素以木素-碳水化合物復合體的形式結合在一件對抽提液中糖類(lèi)組分有很大影響,較高溫度下長(cháng)時(shí)起,半纖維素的溶出,可以提高木素的反應活性,還能間保溫預抽提獲得的抽提液樣品中木糖含量最高,達提高藥液的滲透能力,從而提高蒸煮脫木素的程度,降到16.56g叫華南理工大學(xué)和紐約州立大學(xué)對蔗渣的低漿料的卡伯值,縮短蒸煮時(shí)間,減少化學(xué)品消耗還熱水抽提和堿法制漿進(jìn)行了實(shí)驗研究口。南京林業(yè)大可以降低黑液的污染負荷和堿回收的處理成本。研究學(xué)與山東輕工業(yè)學(xué)院對熱水預處理麥草堿法化機漿表明,蒸煮之前可以在相對溫和的條件下提取出部分進(jìn)行了研究嗎南京林業(yè)大學(xué)以水為介質(zhì)對麥草進(jìn)行半纖維素,該工藝不會(huì )對纖維數量和質(zhì)量產(chǎn)生負面影蒸煮前的預水解處理,以最大限度的溶出麥草中的半纖維素,為回收半纖維素水解產(chǎn)物,減少蒸煮黑液碳水化合物含量創(chuàng )造條件叫。山東輕工業(yè)學(xué)院陳嘉川等2研究現狀對半纖維素對漿紙質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究。從紙漿中目前制漿造紙是木質(zhì)生物質(zhì)的主要利用途徑之半纖維素的存在方式,半纖維素制漿過(guò)程中的變化以但是,長(cháng)期以來(lái)除了將原料中纖維素纖維用于制及半纖維素對紙漿特性和成紙性能的影響等方面做漿造紙外,人們一直忽略原料中半纖維素的利用,原了分析因是傳統堿法制漿過(guò)程,半纖維素被降解和氧化為甲酸、乙醇酸和乳酸等無(wú)法利用。近年來(lái)隨著(zhù)生物質(zhì)精3研究前景煉受到全球高度關(guān)注對木質(zhì)生物質(zhì)原料中半纖維素生物質(zhì)精煉是一個(gè)復雜的生物轉化和化學(xué)品合的分離分級利用,如發(fā)酵為燃料乙醇等產(chǎn)物的研究重成的工業(yè)過(guò)程。利用木質(zhì)生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的新受到研究者的重視。將這部分可以用作生物煉制原研究現已成為當前生物煉制的熱點(diǎn),也是一個(gè)世界性料的半纖維素和其他抽提組分在制漿造紙過(guò)程有效的難題。半纖維素通常占植物纖維原料組分總量的分離用于發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇或其他化學(xué)品。10%~40%,是自然界含量第二豐富的糖類(lèi)資源。木質(zhì)美國紐約州立大學(xué) Amidon, Thomas E等人對綜生物質(zhì)制取燃料乙醇要想真正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段,面臨合森林生物精煉廠(chǎng)的新產(chǎn)品和方法進(jìn)行了研究,在制的瓶V凵中國煤化工物質(zhì)中的半纖維素漿和漂白前對糖楓木木片進(jìn)行熱水提取明。在160℃進(jìn)行CNMHG高效率轉化是實(shí)現的溫度下,用熱水抽提2h,30%的半纖維素被抽提出木質(zhì)生物質(zhì)生嚴之醇工藝實(shí)用化的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵來(lái)抽提液中的半纖維素通過(guò)稀硫酸水解、發(fā)酵制取制漿造紙過(guò)程能利用的成分是纖維素纖維和少凌造工芒與術(shù)量的木質(zhì)素和半纖維素。目前木材和非木材原料的工P.wO/20060161162006-116業(yè)制漿過(guò)程均沒(méi)有對原料進(jìn)行水溶液抽提提取半纖維4 Shijie Liu, Zisheng Zhang, Gary M. Scott, The biorefinery: Sus-素糖類(lèi)等成分進(jìn)行綜合利用的預處理工藝。部分半纖 tainably renewable route to commodity chemicals, energy,,and維素糖類(lèi)與溶于廢液中的木質(zhì)素一起基本被燒掉,其aterials [C]. The Second Intemational Biorefinery Conference,利用價(jià)值很低,造成資源的極大浪費和環(huán)境污染。Oct. 2009. Syracuse, New York, 541-542以上背景給制漿造紙工業(yè)轉化經(jīng)營(yíng)模式,將傳統5 xandra A. Heat extraction of com的 ber hemicellulose ] Ap的化學(xué)漿廠(chǎng)變成一個(gè)聯(lián)合的生物煉制廠(chǎng)提供了很好的Bmmm92023126機遇和平臺,使制漿造紙企業(yè)獲得紙漿和紙之外,還可mocelluloses: Solubilization of com stalk hemicelluloses by auto-以生產(chǎn)高附加值的燃料和化學(xué)藥品。這種經(jīng)營(yíng)模式是 hydrolysis in aqueous medium Biomass and Bioenergy,1915將來(lái)制漿造紙工業(yè)可持續發(fā)展的趨勢和必由之路。(6):483-491熱水抽提半纖維素工藝簡(jiǎn)單,反應可以在蒸煮鍋⑦ nadur SK, Ghosh IN, Deb sarkarNL Ramie hemicellulose as中進(jìn)行抽提過(guò)程中不使用酸堿等化學(xué)品,成本低,對 beater additive in papermaking from jutestick kraft pulp U]. Industry環(huán)境無(wú)污染半纖維素的水解率與回收率高抽提物易 Crops and Produc,19942:79-84于分離和提純,而且對纖維的數量和質(zhì)量不產(chǎn)生負面 bLaser M, Schulman D., Allen s, Etal. A comparison of liquid hot影響,是未來(lái)半纖維素抽提工藝發(fā)展的方向water and steam pretreatments of sugar cane bagasse for bioconver-sion to ethanol Bioresource Technology, 2002, 81(2): 33-449于建仁張曾伍紅等半纖維素預提取對桉木纖維形態(tài)及漿料性能的形響造紙科學(xué)與技術(shù)2007,26(6)25-28全球的資源短缺與能源危機給制漿造紙行業(yè)也帶(10遲聰聰,張曾于建仁等桉木半纖維素預提取工藝的初步研來(lái)了巨大的挑戰同時(shí)也提供了發(fā)展的契機。生物質(zhì)精究門(mén)中國造紙學(xué)報2082356-10煉必然可以與制漿造紙工業(yè)廣泛結合。通過(guò)發(fā)展生物[1]鄭秋梅朱明軍梁磊等桉木水預水解提取液糖類(lèi)組分分析質(zhì)精煉可以將傳統的化學(xué)漿廠(chǎng)變成一個(gè)漿紙-生物質(zhì)及酒精發(fā)酵條件的初步研究團紙科學(xué)與技術(shù)200928(5)精煉聯(lián)合加工廠(chǎng),這樣除了生產(chǎn)漿料以外,還可以從廢13-1612]雷以超劉世杰吳淵等.蔗渣的熱水抽提和堿法制漿中通過(guò)轉化進(jìn)一步生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。開(kāi)展制漿造國造紙200287073-75紙與生物質(zhì)精煉相結合的研究對我國植物纖維資源的13]葛培錦趙建,曲音波等熱水和木聚糖酶預處理制備麥草堿高效利用、環(huán)境保護以及提高制漿遣紙工業(yè)和森林工法化機漿的研究門(mén)中國造紙學(xué)報2004,19(2)25-28業(yè)的經(jīng)濟效益都具有現實(shí)和長(cháng)遠的意義14]梅凱預水解對麥草制漿和漂白性能的影響回D南京林業(yè)大學(xué),2009[15]王風(fēng)娟黃峰楊桂等.半纖維素對漿紙質(zhì)量的影響團造紙參考文獻科學(xué)與技術(shù)2010,29(1)27-32沈葵忠,房桂干梁芳敏等.生物質(zhì)精煉在造紙工業(yè)中的應16]于建仁張曾遲聰聰.生物質(zhì)精煉與制漿造紙工業(yè)相結合的用模式和發(fā)展趨勢門(mén)江蘇造紙20102):14-20研究口中國造紙學(xué)報20023(180-84[2]Weil J. R, Brewer M, Hendrickson R, Sarikaya A, Ladisch M. [17 Waleed Wafa Al-dajini, Ulrike W Tschimer Pre-extraction ofR. Continuous pH monitoring during pretreatment of yellowpoplar hemicelluloses and subsequent kraft pulping. Tappi J,2008(6): 3ood sawdust by pressure cooking in water. Applied Biochemistry[18諶堯翟華敏生物精煉在造紙工業(yè)中的應用現狀和前景Uand Biotechnology, 1998, 70-72: 99-111中華紙業(yè)2008(2)21-23[3]Amidon, Thomas E, Francis, Raymond, Scott, Gary M. Et alNew Product and Processes from an Integrated Forest Biorefinery收稿日期2011-01-29信息·三門(mén)峽藍雪包裝“凹版印刷——紙/紙復合工藝技術(shù)”領(lǐng)跑中華三門(mén)峽藍雪包裝公司自行研發(fā)的“凹版印刷紙/紙復合工紙提高面紙耐折奉50倍以上。⑤產(chǎn)品具有獨特的防偽功能。的將印藝技術(shù)”成果轉化后使得生產(chǎn)效率提高、產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)良,成品率由刷和上光油一次完成采用水性膠濕法復合取代油性膠的干法復合,80%提高為9‰%較傳統膠印速度提高10多倍,這種包裝箱制作工藝大大提高產(chǎn)品的環(huán)保性能。⑦與傳統工藝技術(shù)相比制作的箱子直觀(guān)國內領(lǐng)先,且產(chǎn)品環(huán)保利于回收,實(shí)現了真正意義上的綠色包裝。效果好、檔次高。8)傳統膠印單片式印刷效率提高5倍,大大降低利用“凹版印刷紙/紙復合工藝技術(shù)”生產(chǎn)的多層彩箱與傳紙張邊角損耗制成包裝箱可降低成本1%。陽(yáng))克服了露楞問(wèn)題,膠印工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品相比,具有以下9個(gè)特點(diǎn):()墨色飽滿(mǎn)色箱面中國煤化工彩鮮艷圖案逼真,套印準確。囚使普通凹印機能夠滿(mǎn)足80g/m3居國內領(lǐng)先水平,目前已120g/m2銅版紙的印刷需要,生產(chǎn)效率提高,印刷速度可達經(jīng)通CNMHG被授子河南省科技進(jìn)步150m/min③用銅版紙和再生灰板紙復合代替白卡紙(或白板紙),獎,河南省發(fā)改委、教育廳授予“最佳企業(yè)品牌獎”、“最佳設計創(chuàng )新合威紙可降低400元~700元價(jià)格優(yōu)勢明顯。④復合紙板較白卡(板)獎”和“印刷工藝創(chuàng )新獎”榮譽(yù)。摘自中國包裝報