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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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(hù)、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(jī)等問題的認(rèn)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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