轻工业纤维素生物质过程残渣能源化技术

以农产品为原料的轻工业大都是典型的流程工业,在通过转化过程将原料转化为食品、饮料、添加剂、调味料、纸和中成药等产品的同时产生被称为过程残渣的固体废物与废料,如白酒糟、酒精糟、醋糟、甘蔗渣、中药渣、油粕、酱渣、菌渣和造纸黑液可熔渣等。这些残渣产生于特定的生产过程,富含纤维素、蛋白质或木质素,因此代表一种已经被集中的生物质资源。它们同时含水50%—80%、易腐烂变质、甚至呈弱酸碱性,因此是重要的环境污染源。本文着眼于轻工生物质过程残渣的高值化利用,分析指出富含纤维素的白酒糟、醋糟、甘蔗渣、中药渣、茶渣和造纸边角料等适合作为生物质能源而被转化利用,并根据资源特征提出了可能的技术路线。通过分别对热化学路线涉及的脱水干燥、燃烧发电与气化发电技术和集成乙醇发酵、沼气发酵的复合转化技术进行技术综述,最后针对不同规模的富含纤维素轻工生物质过程残渣能源化提供了技术选择建议。     

轻工业纤维素生物质过程残渣能源化技术

以农产品为原料的轻工业大都是典型的流程工业,在通过转化过程将原料转化为食品、饮料、添加剂、调味料、纸和中成药等产品的同时产生被称为过程残渣的固体废物与废料,如白酒糟、酒精糟、醋糟、甘蔗渣、中药渣、油粕、酱渣、菌渣和造纸黑液可熔渣等.这些残渣产生于特定的生产过程,富含纤维素、蛋白质或木质素,因此代表一种已经被集中的生物质资源.它们同时含水50%-80%、易腐烂变质、甚至呈弱酸碱性,因此是重要的环境污染源.本文着眼于轻工生物质过程残渣的高值化利用,分析指出富含纤维素的白酒糟、醋糟、甘蔗渣、中药渣、茶渣和造纸边角料等适合作为生物质能源而被转化利用,并根据资源特征提出了可能的技术路线.通过分别对热化学路线涉及的脱水干燥、燃烧发电与气化发电技术和集成乙醇发酵、沼气发酵的复合转化技术进行技术综述,最后针对不同规模的富含纤维素轻工生物质过程残渣能源化提供了技术选择建议.     

纤维素直接催化转化制乙二醇及其他化学品:从基础研究发现到潜在工业应用(英)

纤维素直接催化转化制乙二醇是一条极具吸引力的生物质转化途径,有助于减轻化石能源资源的消耗。综述了从该反应途径的发现到获得高效、高稳定性催化剂的快速发展过程。基于对钨基催化剂的大量研究结果,本文讨论了反应机制,明确了反应路径、催化剂状态、钨物种及加氢催化活性中心各自在串联反应中的作用。围绕该反应过程的工业化应用需要,讨论了有关原生木质纤维素生物质催化转化以及高效反应过程的发展策略。在此基础上,将纤维素催化转化制乙二醇过程与生物质发酵制丙酮-丁醇-乙醇的生物炼制路线进行整合,构建出一个理想的反应过程潜在应用范例。最后,对纤维素催化转化制乙二醇反应过程进行了总结和前景展望.     

木质纤维素化学水解产生可发酵糖研究

能源短缺已成为国际上亟待解决的问题,利用生物质纤维素生产能源乙醇是目前研究的热点.生物质纤维素转化能源乙醇技术的关键与瓶颈之一是如何将纤维素水解为可发酵单糖,水解技术尚处于不断发展之中.本文主要综述了生物质纤维素化学水解的研究进展.     

木质纤维素化学水解产生可发酵糖研究

能源短缺已成为国际上亟待解决的问题,利用生物质纤维素生产能源乙醇是目前研究的热点.生物质纤维素转化能源乙醇技术的关键与瓶颈之一是如何将纤维素水解为可发酵单糖,水解技术尚处于不断发展之中.本文主要综述了生物质纤维素化学水解的研究进展.     

玉米秸热解动力学研究

生物质能具有低硫和二氧化碳零排放的特点，其在能源结构中的地位越来越重要。作为一种高效生物质能转化途径，热化学转化可获得气、液和固态多种能源产物。其中，热解是热化学转化中最为基本的过程，是气化、液化及燃烧过程的初始和伴生反应，对热解的分析有助于热化学转化过程控制及高效转化工艺的开发。热解动力学是表征热解过程中反应过程参数对原料转化率影响的重要手段，通过动力学分析可深入了解反应过程和机理，预测反应速率及难易程度，为生物质热化学转化工艺的研究开发提供重要的基础数据。国外对纤维素热解动力学已进行了一些研究，但生物质作为纤维素、半纤维素、木质素等的复杂聚合物，其热解行为与单纯纤维素差别较大。因此本文的热解研究集中在玉米秸这种常见的软质秸秆类生物质原料。     

木质纤维素化学水解产生可发酵糖研究

能源短缺已成为国际上亟待解决的问题,利用生物质纤维素生产能源乙醇是目前研究的热点。生物质纤维素转化能源乙醇技术的关键与瓶颈之一是如何将纤维素水解为可发酵单糖,水解技术尚处于不断发展之中。本文主要综述了生物质纤维素化学水解的研究进展。     

以制浆造纸产业为平台的生物炼制新模式

本文通过分析木质生物质炼制与制浆造纸工业之间的关系,提出以制浆造纸产业为平台的生物炼制模式。在蒸煮制浆前,增加对原料预抽提处理,提取半纤维素等成分用于生产乙醇燃料和（或）其他化工化学品,抽提残渣则采用传统化学法、高得率法或有机溶剂法制浆,实现植物纤维原料多组分分离综合利用。该模式给制浆造纸产业提供一条可持续发展的新思路。     

多元醇: 新一代的能源平台？

 在基于生物质的新能源战略中,多元醇正在成为新一代的能源平台. 从纤维素出发,通过热裂解、催化裂化和酸水解加氢等反应能制得多元醇,再以多元醇为原料在较温和的条件下通过水汽重整和费托合成等方法合成燃料、化学品和氢气. 本文综述了多元醇经水汽重整制燃料油和化学品或经光解制氢气的进展,介绍了纤维素类生物质资源经催化氢化和水解加氢制多元醇的研究进展. 虽然简单地套用现有的工业技术就可以转化纤维素,但这些方法在效率、能耗、规模和环保等方面还存在诸多问题,有效提高纤维素利用率的新思路仍在期待之中. 虽然采用精心设计的工艺路线可以有效地转化多元醇,但离“简约、节能、方便可行和环境友好”的要求仍有一定的差距,“一步法”或“一锅法”在未来可能是催化学家仍需持续努力的方向.     

生物质平台分子γ-戊内酯的研究进展

生物质是自然界存量丰富的可再生资源.随着化石资源的日渐枯竭,由生物质制备燃料和化学品引起人们关注.把生物质转化为燃料和化学品通常经过生物质平台分子步骤.在众多生物质平台分子中,γ-戊内酯(GVL)具有广泛的用途,有关γ-戊内酯的合成和转化的研究成为一个热点课题.由木质纤维素制备GVL已经开发出多种催化体系,将GVL转化为燃料、化学品以及高分子材料也有大量文献报道.着重从不同的原料、催化体系归纳GVL的合成路线和方法,为探索高效、经济、绿色、可持续的GVL合成途径提供思路,并对GVL的高效转化的研究加以总结,为发展新的转化技术,拓展应用范围提供参考.     

生物质加压液化制备甲基糖苷与酚类物质

以甲醇为液化剂、浓硫酸为催化剂,对竹子、杨木、松木和桉木四种生物质原料的加压液化进行了实验研究。结果表明,在200℃下反应30 min后,这些生物质原料可转化得到气体、固体残渣和液体生物油三种产品,且竹子的液化率最高。将竹子液化产物进一步分级处理,得到烷基多糖苷和木素解离多酚两类化学品。其中,多糖苷产品的主要成分为己糖苷类化合物,占83.38%(质量分数);多酚类产品的主要成分为4-乙基-2-甲氧基苯酚、丁香酚和3,4-二甲氧基苯酚等,占65.79%(质量分数)。同时,根据原料的物质构成和液化油的组成结构分析,提出了液化反应的机理:纤维类生物质中的纤维素和半纤维素在酸性条件下发生醇解反应生成甲基糖苷,小部分甲基糖苷进一步转化生成乙酰丙酸甲酯;原料中的木质素在降解过程中,由于酚羟基和甲氧基的供电子效应,使Cα-Caromatic键发生断裂,生成苯酚、愈创木酚等酚类物质。     

水热条件下酸催化氧化木质纤维生物质制取乙酸

木质纤维基生物质是一类新的能够生产液体燃料和化学品的可再生资源. 本文研究了木质纤维生物质在水热条件下, 以少量无机酸作为酸催化剂, 氧气作为氧化剂(2.0 MPa), 经过"一锅两步法"转化成乙酸的反应. 以玉米秸秆作为反应原料时, 最高可以获得21.3 wt%的乙酸, 占据整个液体产物质量比例的84.6% (选择性). 同时, 将反应推广到玉米芯, 甘蔗渣, 竹子, 杨木和松木等多种生物质原料的转化, 同样取得了较高的乙酸产率. 最后, 我们对木质纤维生物质转化到乙酸的反应过程进行了研究. 研究表明木质纤维生物质中的碳水化合物六碳糖是乙酸的主要来源, 六碳糖经过脱水和水解生成乙酰丙酸中间体, 乙酰丙酸在氧化条件下断裂C-C键生成乙酸.     

纤维素基生物质催化转化制备二醇

生物质作为最有潜力替代化石能源的可再生资源之一,受到日益广泛的重视。纤维素基生物质是催化转化为各种燃料和化学品的重要原料。近年来,二醇(包括乙二醇、丙二醇和丁二醇等)作为燃料和化学品广泛应用于各个领域,市场需求很大。传统制备二醇是以化石能源为原料,存在原料不可再生和环境污染大等缺点。因此采用非化石原料途径制备二醇受到越来越多的关注,其中以纤维素基生物质催化制备二醇是克服化石燃料短缺和减少环境污染的重要途径之一。本文系统总结了近年来以纤维素基生物质(纤维素、葡萄糖、果糖和山梨醇)为原料催化转化制备二醇的研究现状,对反应途径、反应机理、催化剂稳定性和反应溶剂类型等进行了详细介绍,在此基础上对利用纤维素基生物质原料催化制备二醇的发展趋势进行展望,以期为相关研究者提供参考。     

乙酰丙酸催化加氢制备γ-戊内酯的研究进展

正植物通过光合作用将CO2和水转化为生物质,利用生物质我们可以得到能源原料、化工中间体等有用的产品.从生物质获得可再生能源与资源方面研究得较多的是纤维素和木质素的转化[1-5].纤维素由D-葡萄糖单体通过β-糖苷键连接而形成,水解打开β-糖苷键可以得到寡聚葡萄糖和葡萄糖单体,寡聚葡萄糖可以进一步水解为葡萄糖单体.葡萄糖单体能作为合成众多能源、化工成品的前体,例如5-羟甲基糠醛(5-HMF)[6],乙二醇[7-9],丙     

纤维素水解研究进展

近年来纤维素的有效降解和转化问题已成为制约木质纤维素生物质有效利用的主要瓶颈之一。纤维素降解和转化方法的研究已成为当今科技界的一大研究热点,它对解决当前的资源、能源和环境问题都具有重要意义。将纤维素水解为葡萄糖等糖类物质是纤维素利用的重要途径。本文详细综述了目前有关纤维素水解的各种方法和相关研究进展。     

农林废弃生物质与煤共气化灰渣的理化特性研究进展

农林废弃生物质与煤共气化通过充分利用两者的相似性和互补性,实现原料转化过程的节能、低碳、清洁高效。原料灰渣的理化特性是影响共气化稳定运行的关键因素之一,成为了共气化研究关注的重点。本综述主要从农林废弃生物质灰与煤灰的共性与差异、混合灰渣熔融与黏温特性、混合灰中碱/碱土金属对共气化反应性和结渣过程烧结行为的影响等方面,梳理了世界各国农林废弃生物质与煤共气化灰渣理化特性的研究现状。总结分析了添加农林废弃生物质对混合灰熔融流动、烧结行为的影响机制,归纳了混合灰熔融特征、黏温及结渣特性的预测模型与方法,并提出了农林废弃生物质与煤共气化灰渣的未来研究重点。     

生物质微波干燥及其对热解的影响

通过与常规热风干燥方式比较,研究生物质微波干燥过程及其对热解的影响,以探索在生物质快速热解液化工艺中采用微波干燥技术进行原料预处理的可行性。干燥实验表明,微波炉的干燥速率明显大于烘箱（5倍以上）,同时在微波快速干燥过程中,原料内部的孔隙结构得到了改善。热天平上干燥样品的热解表明,微波干燥处理有利于生物质的热解,特别是纤维素和半纤维素的热解,并且能在一定程度上抑制生物油蒸汽的二次裂解反应,从而使实际流化床热解液化装置中的生物油产率有所提高。研究表明,将微波干燥技术用于生物质热解液化的原料预处理过程在技术上和经济上均具有可行性。     

生物质气化技术的研究进展

生物质能是一种可再生能源,它来源于生物体(如植物、动物、微生物等)通过光合作用将太阳能转化为化学能,并以有机物的形式储存。生物质能可以在适当的条件下被转化为热能、电能、生物燃料等,是一种重要的替代传统化石能源的可持续能源。生物质气化作为生物质的开发路径之一,是利用生物质生产合成气的有效方式。本文综述了生物质气化技术的研究,包括传统气化技术、共气化技术、化学链气化技术以及超临界气化技术等。介绍了每个气化技术的实验研究,阐述了各个气化技术的特点;详细介绍了化学链气化中载氧体与共气化中掺杂剂的使用。本文旨在探索使生物质气化效率达到最优的方案,并列举了目前存在的局限性,为进一步发展生物质气化技术以及生物质气化研究提供有益参考。     

生物质半纤维素稀酸水解反应*

半纤维素是木质纤维素类生物质中第二大组分,半纤维素的高效、低成本转化是实现木质纤维素类生物质转化工艺实用化的一个技术关键。稀酸水解技术被广泛应用于水解生物质半纤维素,其对半纤维素糖的转化率高,得到的糖可进一步发酵生产燃料乙醇等。半纤维素还可直接水解制低聚糖等功能性食品和糠醛等化工产品。本文综述了半纤维素稀酸水解反应的研究进展。介绍了半纤维素的基本结构特征,解析了稀酸催化半纤维素水解的反应机理及反应网络,评述了半纤维素水解过程中反应条件等对目标产物的影响,并总结了半纤维素稀酸水解动力学模型。在此基础上,对今后半纤维素稀酸水解反应的研究方向与水解产物的利用进行了展望。     

木质纤维素催化转化制备能源平台化合物

可再生生物质资源的能源化利用能有效缓解能源短缺和环境恶化的双重压力。木质纤维素类生物质原料通过催化转化途径可以转化成为用途广泛的平台化合物,如呋喃类化合物、多元醇和有机酸及其酯类衍生物等。以这些平台化合物为原料,通过基元反应的转化可以制备高附加值的生物质基液体燃料。基于上述背景,本文概述了国内外木质纤维素通过不同催化转化途径制备各种新能源平台化合物的研究进展。目前木质纤维素制备新能源平台化合物的可行途径主要包括液体酸催化、固体酸催化、离子液体催化和多功能材料催化。在介绍这些催化途径的同时,重点讨论了所使用的催化剂,分析了仍然存在的问题和可能的解决措施,同时对今后该领域的研究前景进行了展望。