农林废弃物水热法预处理的研究文献综述

 2022-06-12 20:59:05

1 前言

我国是一个低森林覆盖率的国家，覆盖率仅为16.55%，低于全世界27%的平均水平。我国人均森林面积只有0.128公顷，仅相当于世界人均水平的1/5。我国不仅人均森林面积少，而且长期以来对森林资源的利用不够合理，乱砍滥伐，使森林生态系统呈现衰退的趋势。同时我国每年产生大量的玉米芯等木质纤维资源，具有广泛利用前景且成本低廉，可生物再生，在一定程度上可作为木材资源替代品缓解资源紧张的现状。制浆造纸行业每年要从植物中分离上亿吨纤维素，同时得到大量木质素副产品，且绝大部分木质素以“黑液”形式直接排入江河湖或浓缩后焚烧，未被有效利用。资源的日益枯竭以及木质素的大量储备、相关科学的飞速发展决定木质素经济效益的可行性。

2 文献综述

2.1 农林废弃物玉米芯

玉米芯是一种存量丰富的农业废弃物之一，并在全世界范围内均有广泛地分布。中国产业信息网的数据反映出中国有很大的玉米芯产量，2015年中国的玉米产量为2.26times;108 t，大约有5.65times;107-6.78times;107 t的玉米芯能够被利用。玉米芯在工业上被广泛应用生产糠醛、木糖、低聚木糖以及木糖醇等产品。 而在生产这些化工产品的过程中产生了大量的玉米芯残渣。由于玉米芯中大部分半纤维素被提取出来生产木糖醇等化工产品，使得剩下的玉米芯残渣中的纤维素含量高达50%-60%。 同时，由于经过工业加工处理，使得玉米芯残渣的结构变得疏松多孔，对生物酶的顽抗性大大降低，从而具有良好的生物酶解性。因此，利用玉米芯残渣作为原料进行纤维素酶水解制备可发酵糖，进而应用于后续发酵工艺生产燃料乙醇等生物能源产品，将具有良好的经济价值和应用前景。

玉米芯主要成分有纤维素，半纤维素，木质素和灰分，含量分别为35% -40%，32%-36%，17%-20%，1.0%-2.0% 。各成分之间连接紧密，结构复杂。植物细胞壁的骨架就是由纤维素构成，纤维素分子排列规则，成束聚集，纤维素之间填充着木质素和半纤维素。木质素和半纤维素与纤维素之间结合主要靠氢键。而木质素和半纤维素之间除了有氢键，还存在着醚键、酯键等等的化学键。

2.1.1 纤维素

纤维素是由D-葡萄糖通过beta;-1,4糖苷键联结而成的长链分子，长链分子进一步通过氢键等作用力形成具有高度结晶区的超分子稳定结构。同时纤维素周围紧密镶嵌着半纤维和木质素，这种复杂而稳定的结构使得纤维素很难被酶水解。为提高纤维素酶解效率，必须对木质纤维素原料进行预处理[1]。植物细胞壁的主要骨架就是由纤维素构成。在植物生长的过程中，通过氢键作用（由羟基之间所形成），这些长短不同的纤维素链状分子按一定规则排列成为规则有序的线状结构，叫做原纤丝，原纤丝再按照一定规则排成更大的结构单元，比如微纤丝，而植物的细胞壁就是由这些结构单元通过规则有序排列组成的纤维素纤维构成。

2.1.2 半纤维素

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