前言：中文期刊網精心挑選了木質纖維素范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
木質纖維素范文1
引言
我國每年產生數量龐大的固體廢棄物，焚燒已成為最常見的固廢處置方式，該方式不僅浪費資源，還嚴重影響空氣質量。報道顯示微生物可將生物質轉化為液態、氣態的燃料，具有能耗低、轉化效率高和不產生二次污染等優點，因此，以生物質材料作為原材料開發新能源已受到世界范圍的關注[1]。
農作物秸稈和木材廢棄物在固體廢棄物中占重要地位，其主要成分是木質纖維素。木質纖維素是一種典型的生物質，利用微生物代謝木質纖維素產生清潔能源已成為研究熱點之一。目前，釀酒酵母產乙醇被廣泛應用于木質纖維素的資源化處理工藝，其具有成本低、原料豐富等優點。在釀酒酵母利用木質纖維素發酵之前，需對木質纖維素進行預處理和糖化，此時木質纖維素中的纖維素與半纖維素等轉化為可發酵糖，在纖維素與半纖維素等大分子物質的分解過程中，引入了一些小分子化合物，這些物質對發酵有抑制作用，統稱為抑制物。
1 抑制物的種類及抑制作用
木質纖維素水解液中的抑制物大致分為三類：弱酸類、呋喃類和酚類化合物。弱酸類主要包括甲酸、乙酸和乙酰丙酸，弱酸會破壞細胞內外的滲透壓平衡，并進入細胞內部，這部分弱酸在細胞內部進一步解離，使得細胞內環境酸化，影響細胞內部的酶促反應，最終抑制細胞的生長[2]。呋喃類抑制物主要是糠醛和HMF，這類物質對微生物中的乙醇脫氫酶、丙酮酸脫氫酶和醛脫氫酶產生抑制，減緩釀酒酵母的生長；醛類抑制物會產生細胞內活性氧，導致DNA分解，進而阻礙RNA和蛋白質的合成[3、4]。相對于其他類型抑制物，酚類抑制物的毒性更強，低濃度的酚類就可以抑制釀酒酵母的生長，研究表明，低分子量的酚類化合物對釀酒酵母生長具有更高的抑制作用[5]。
2 降低抑制物對釀酒酵母抑制作用的措施
2.1 木質纖維素水解液脫毒
發酵前對木質纖維素水解液進行脫毒是降低抑制物抑制作用的有效途徑。脫毒方法主要分為物理法、化學法和生物法，物理方法包括真空干燥濃縮、蒸煮、活性炭吸附、離子交換吸附和溶劑萃取等，這些方法可將水解液中的有毒物質在不改變分子結構的前提下去除，不同處理方法的去除效率具有差異[6]。化學方法是利用各種堿性物質（如NH4OH、NaOH、Ca（OH）2等）及過量石灰法對水解液進行處理，通過化學反應改變水解液中的成分以降低抑制物毒性[7]。生物方法是利用特定酶或微生物脫毒，其中，漆酶是一種常用的脫毒酶，通過氧化聚合反應將毒性較高的小分子量酚類化合物轉化為毒性較低的大分子量酚類化合物[8]。
2.2 提高釀酒酵母對抑制物的耐受性
除了減少木質纖維素水解液中的有毒物質，還可提高釀酒酵母對抑制物的耐受性，目前比較常用的方法是基因工程方法、誘變方法和馴化育種方法?；蚬こ谭椒ㄊ峭ㄟ^添加、敲除或高表達某一種或幾種與抑制物代謝相關的基因以提高釀酒酵母對抑制物的耐受性的方法。改造基因可以直接、快速地使釀酒酵母表現出我們所期望的特性，但木質纖維素水解液中的抑制物種類繁多，基因工程方法難以使得釀酒酵母同時具有多種抑制物耐受性，且釀酒酵母的新陳代謝途徑復雜，改造基因可能使得釀酒酵母失去原本的優良特性[9]。誘變方法以自然突變為依據，利用誘變劑加快釀酒酵母細胞基因突變的速度，在短時間內產生大量突型釀酒酵母，經過進一步的篩選，可獲得具有抑制物耐受性的釀酒酵母，而誘變方法具有不確定性和誘變范圍廣等缺陷，因此需大量的誘變型細胞增加獲得目標菌株的幾率，且誘變劑可能損壞出發菌株原始基因，丟失優良特性。馴化育種是一種模擬自然選擇的過程，根據生物和環境共同進化的規律，對微生物施與一定的選擇壓力，使得微生物在自然突變的基礎上定向進化。馴化方法中存在的環境壓力使得微生物突變具有明確方向，可在短時間內富集突變子，在長期的馴化過程中，菌株的優良性質可以在代際之間傳遞，增加了優良性質的穩定性[10]；馴化育種的不足之處在于菌株的突變機理尚未明確，難以通過其他手段獲得該菌株。
3 結束語
木質纖維素水解液中的抑制物會影響釀酒酵母的發酵效率，降低代謝產物乙醇的濃度，因此需采取措施降低抑制物對釀酒酵母的抑制作用。將水解液脫毒與釀酒酵母改進進行對比，水解液的脫毒成本較高，不利于木質纖維素資源化利用的工業化發展，因此有必要提高釀酒酵母對抑制物的耐受性。木質纖維素水解液中抑制物的組分與原材料種類和預處理方式密切相關，不同改良釀酒酵母的方法各有其優缺點，在實際應用中可將多種方式有效結合，有利于獲得具有較高耐受性的釀酒酵母。
參考文獻
[1]錢伯章.生物質能技術與應用[M].北京：科學出版社，2010.
[2]Palmqvist，E.，Hahn-H gerdal，B.Fermentation of lignocellulosic hydrolysates.II：Inhibitors and mechanisms of inhibition. Bioresour[J].Technol，2000（74）：25-33.
[3]Almeida J R M，Modig T，Petersson A， et al.Increased tolerance and conversion of inhibitors in lignocellulosic hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae [J].Journal of chemical technology and biotechnology，2007，82（4）：340-349.
[4]Ma M，Liu Z parative transcriptome profiling analyses during the lag phase uncover YAP1，PDR1，PDR3，RPN4，and HSF1 as key regulatory genes in genomic adaptation to the lignocellulose derived inhibitor HMF for Saccharomyces cerevisiae [J].BMC genomics，2010，11（1）：660.
[5]Palmqvist E，Hahn-H gerdal B.Fermentation of lignocellulosic hydrolysates.II：inhibitors and mechanisms of inhibition[J].Bioresour Technol，2000，74（1）：25-33.
[6]Almeida JRM，Bertilsson M，Gorwa-Grauslund MF，et al. Metabolic effects of furaldehydes and impacts on biotechnological processes[J].Appl Microbiol Biotechnol，2009，82（4）：625-638.
[7]Palmqvist E，Hahn-Hagerdal B.Fermentation of lignocellulosic hydrolysates. I：inhibition and detoxification[J].Bioresour Technol，2000，74（1）：17-24.
[8]Larsson S，Cassland P，Jonsson LJ.Development of a Saccharomycescerevisiae strain with enhanced resistance to phenolic fermentation inhibitors in lignocellulose hydrolysates by heterologous expression of laccase[J].Appl Environ Microbiol，2001，67（3）：1163-1170.
木質纖維素范文2
論文摘要：本文論述了項目經理在企業中的地位，探討了作為一名合格的項目經理應具備的基本素質，提出了建筑企業應建立以人為本的用人機制。
項目經理是施工企業項目經理的簡稱，是企業法人代表在項目上的全權委托人。在企業內部，項目經理是項目實施全過程一切工作的總負責人，對外可以作為企業法人的代表在授權范圍內負責和處理各項事務，因此項目經理是項目實施最高責任者和組織者。建筑企業項目經理對項目的管理主要限于對施工項目的管理，即對一個建筑施工過程及成果進行計劃、組織、指揮、協調和控制。施工項目管理是項目管理的一個分支，項目管理的發展與改革促進了施工項目管理的發展，施工項目規模的擴大與復雜性的提高也對項目經理提出了更高的要求。傳統的項目經理通常只是一個技術方面的專家和任務執行者，而現代項目經理不僅要有專業技術，還要有經營管理等其它多方面的能力，比如對項目部成員的激勵，與開發商、監理的協調，和政府政策保持一致等。項目經理必須通過人的因素來整合運用技術因素，以達到其項目目標，即項目經理必須使項目部成為一個團結協作，具有積極性和責任感的高效率團隊。
1 項目經理是施工承包企業法定代表人在施工項目上的代表人，項目經理在項目管理中處于中心地位，是項目管理成敗的關鍵
1.1 項目經理是施工承包企業法人代表在項目上的全權委托人
從企業內部看，項目經理是施工項目全過程所有工作的總負責人，是項目的總責任者，是項目動態管理的體現者，是項目生產要素合理投人和優化組合的組織者。從對外方面看，作為企業法人代表的企業經理，不直接對每個建設單位負責，而是由項目經理在授權范圍內對建設單位直接負責。由此可見，項目經理是項目目標的全面實現者，既要對建設單位的成果性目標負責，又要對企業效率性目標負責。
1.2 項目經理是協調各方面關系，便之相互緊密協作、配合的橋梁和紐帶
他對項目管理目標的實現承擔著全部責任，即承擔合同責任、履行合同義務、執行合同條款、處理合同糾紛、受法律的約束和保護。
1.3 項目經理對項目實施進行控制，是各種信息的集散中心
自下、自外而來的信息，通過各種渠道匯集到項目經理的手中；項目經理又通過指令、計劃和辦法，對下、對外信息，通過信息的集散達到控制的目的，使項目管理取得成功。
1.4 項目經理是施工項目責、權、利的主體
這是因為，項目經理是項目總體的組織管理者，即他是項目中人、財、物、技術、信息和管理等所有生產要素的組織管理人。他不同于技術、財務等專業的總負責人。項目經理必須把組織管理職責放在首位。項目經理首先必須是項目的責任主體，是實現項目目標的最高責任者，而且目標的實現還應該不超出限定的資源條件。責任是實現項目經理責任制的核心，它構成了項目經理工作的壓力和動力，是確定項目經理權力和利益的依據。對項目經理的上級管理部門來說，最重要的工作之一就是把項目經理的這種壓力轉化為動力。其次項目經理必須是項目的權力主體。權力是確保項目經理能夠承擔起責任的條件與手段，所以權力的范圍，必須視項目經理責任的要求而 定。如果沒有必要的權力，項目經理就無法對工作負責。項目經理還必須是項目的利益主體。利益是項目經理工作的動力，是由于項目經理負有相應的責任而得到的報酬，所以利益的形式及利益的多少也應該視項目經理的責任而定。如果沒有一定的利益，項目經理就不愿負有相應的責任，也不會認真行使其相應的權力，項目經理也難以處理好國家、企業和職工的利益關系。
2 施工項目經理的基本素質
職業是個體因工作時間的積累和工作態度的好壞而不斷發展的工作活動和職位。職業包含著3層含義：隨著時間積累而發展變化的方向和途徑；個人和組織間的相互作用和影響；提供了與職業相關的身份。可以依據不同的標準對職業作以下分類：常規型與交際型、線型與螺旋型、長期型與短期型。無論哪種分類，施工項目經理必須具備管理技能和技術技能兩個基本素質。管理技能包括：計劃、組織、目標定位、對項目的整體意識、處理項目與外界之間關系的能力、以問題為導向的意識、授權能力—使項目團隊成員共同參與決策；技術技能包括：使用項目管理工具和技巧的特殊知識；項目知識；理解項目的方法、過程和程序；相關的專業技術；計算機應用能力。
選擇什么樣的人擔任項目經理，取決于兩個方面：一是看施工項目的需要，不同的項目需要不同素質的人才；另一方面還要看施工企業具備人選的素質。建筑施工企業應該培養一批合格的項目經理，以便根據工程的需要進行選擇。
2.1 政治素質
施工項目經理是建筑施工企業的重要管理者，故應具備較高的政治素質。首先必須是一個社會主義的建設者，堅持"一個中心，兩個基本點"，全心全意為人民服務；同時具有思想覺悟高、政策觀念強的道德品質，在施工項目管理中能自覺地堅持社會主義發展方向，認真執行黨和國家的方針、政策，遵守國家的法律和地方法規，執行上級主管部門的有關決定，自覺維護國家的利益，保護國家財產，正確處理國家、企業和職工三者的利益關系，并具有堅持原則、善于管理、勇于負責、不怕吃苦、從事社會主義建設事業的高度責任感。 轉貼于
2.2 領導素質
施工項目經理是一名領導者，因此應具有較高的組織工作能力。項目經理一般應滿足下列要求：
博學多識，通情達理。即具有馬列主義、現代管理、科學技術、心理學等基礎知識，見多識廣，眼光開闊。通社會主義人情，達社會主義的事理，按照社會主義的思想、品質、道德和作風的要求去處理人與人之間的關系。
多謀善斷，靈活應變。即具有獨立解決問題和與外界洽談業務的能力，主意多，點子多，辦法多，善于選擇最佳的主意和辦法，能當機立斷，堅決果斷地去實行。當情況發生變化時，能夠隨機應變地追蹤決策，見機處理。
知人善任、善與人同。即要知人所長，知人所短，用其所長，避其所短，尊賢愛才，大公無私，不任人唯親，不任人唯資，不任人為順，不任人唯全。寬容大度，有容人之量。善于與人，與大家同心同德。與下屬共享榮譽與利益，吃苦在先，享受在后，關心別人勝于關心自己。
公道正直，以身作則。即要求下屬的，自己首先做到，定下的制度、紀律，自己首先遵守。
鐵面無私，賞罰嚴明。即對被領導者賞功罰過，不講情面，以此建立管理權威，提高管理效率。賞要從嚴，罰要謹慎。
項目經理不能是一名只知道個人苦干，成天忙忙碌碌，只干不管的具體辦事人員，而應該是會"將將"，善運籌的"帥才"。這樣才能夠帶領項目部成員，團結廣大施工人員一起工作。
2.3 知識素質
施工項目經理應當是一個綜合型專家，具有大專以上相應學歷和文憑，懂得建筑施工技術，經濟知識，法律知識，熟悉項目管理的基本知識和掌握施工項目管理的規律，具有較強的決策能力、組織能力、指揮能力、應變能力，也即是經營管理能力。同時每個項目經理還應在建設部認定的項目經理培訓單位進行過專門的學習，并取得培訓合格證書。
2.4 實踐經驗
項目經理是親臨第一線的指揮官，要隨時處理項目運行中發生的各種問題，因此，每個項目經理，必須具有一定的施工實踐經歷。只有具備了實踐經驗，其才會處理各種可能遇到的實際問題。
2.5 身體素質
施工項目經理不但要擔當繁重的工作，而且工作條件和生活條件都因現場性強而相當艱苦。因此，項目經理必須年富力強，具有健康的身體，以便保持充沛的精力和旺盛的斗志，從而順利實現本項目的各種既定的目標。
3 結論
“百年品牌，以人為本”，通過對建筑企業中“項目經理”這一重要角色的分析與討論，隨著我國工程項目管理的進一步發展，企業運行主體應建立以人為本注重素質的用人機制。
第一，積極推進企業人才結構的專業化、知識化、年輕化，保證企業發展的生機與活力。
第二，建立有效的人才激勵機制。著力造就人才成長的環境和氛圍，實現企業發展目標與員工個人價值的統一，拓寬各類人才施展才華的渠道。在積極用好內部人才的同時，充分利用社會的人才資源優勢，保證企業的可持續發展。
第三，以人才結構的不斷優化，大力提升企業的技術和管理含量，促進企業綜合素質的不斷提高。
參考文獻
[1]蔣建明.淺析建筑企業對項目經理的要求及管理措施[J].四川建材 2008，2
[2]萬俊軍.淺論項目經理的職責[J].價值工程 2010
[3]王秉連，劉莉.論怎樣當施工項目經理[J].吉林交通科技 2008，3
木質纖維素范文3
關鍵詞：木質纖維；預處理；進展
作為世界經濟支柱的石油資源預計在數十年左右將會枯竭，因此，石油替代品的開發研究迫在眉睫。目前有很多國家在研究以木質生物資源為原料用生物轉化法制備燃料乙醇，以替代或部分替代儲量有限的石油。
木質生物資源的主要成分是纖維素、半纖維素和木素。其中，纖維素、 半纖維素是可發酵糖的來源，含量占66%～75%（纖維質原料的絕干重量）[1]。由己糖通過釀酒酵母發酵生成乙醇是很成熟的工藝，當采用纖維素酶水解木質生物資源制造乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應進行，因此，纖維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關鍵因素。木素的存在阻礙了纖維素對酶的可及性，且纖維素的結晶結構以及木質生物資源的表面狀態、木質生物資源的多組分結構、木素對纖維素的保護作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結構與化學成分的因素致使木質生物資源難以水解。木質生物資源隨著種類的不同，結構與化學成分存在差異，對酶的可及性也有所差異。總的來講，未經預處理的天然狀態的木質生物資源的酶解率小于20%，而經預處理后的水解率可達理論值的90%以上。預處理方法的選擇主要從提高效率、降低成本、縮短處理時間和簡化工序等方面考慮。理想的預處理應能滿足下列要求：產生活性較高的纖維，其中戊糖較少降解;反應產物對發酵無明顯抑制作用；設備尺寸不宜過大，成本較低;固體殘余物較少，容易純化；分離出的木素和半纖維素純度較高，可以制備相應的其他化學品，實現生物質的全利用。
目前，木質纖維原料預處理的方法主要有物理法，化學法，物理化學法，生物法等。
1 物理方法
常用的物理方法有剪切和研磨，高溫液態法，高溫分解，微波處理，蒸汽爆破和高能輻射等。
1.1 剪切和研磨
Stuart等[2，3]發明了一種特殊的纖維素漿的高速剪切裝置，可有效破壞纖維素與木質素和半纖維素的物理、化學結合，并顯著降低纖維素大分子的結晶度，提高比表面積。研磨的方法有球磨、錘磨等，比較有效的是球磨。1946年有人用球磨制得了完全無定形結構的纖維素，但這種結構很不穩定，很快又重新形成晶態結構，這也是機械物理方法常有的弊端。球磨可使纖維素的結構松散和使微纖中和微纖間晶區間存在的氫鍵斷裂[5，6]。使用三輪球磨處理木質纖維素，對糖化反應極為有效。但存在的問題是，機械處理方法的能耗很高，這無疑增加了生產成本。
1.2 高溫液態法
液態熱水法是指將物料置于高壓狀態的熱水中，溫度為200～230℃，處理物料2～15min使物料的40%～60%溶解，可除去4%～22%的纖維素，35%～60%的木素以及所有的半纖維素[3]。用酸水解生成的糖液，可使以單糖形式存在的半纖維素的回收率高于90%，并且，可使活性纖維轉化率高達90%，但只能在較低固體含量（20%）下對物料進行處理，因此能耗較大，生產效率較低[7]。
1.3 高溫分解
當原料在300℃以上的高溫條件下處理時，纖維素快速分解成為氣體和殘留固體[8]。如果溫度降低，分解速度就會減慢，而且還會產生揮發性的副產物。高溫分解后的木質纖維經0.5mol/L H2SO4、97℃、2.5h水解可使80%～85%的纖維素生成糖，其中葡萄糖占50%以上[1]。在熱解過程中加入氧會加快分解過程，當用氯化鋅或碳酸鈉作催化劑時，可以在較低溫下實現對純纖維素的分解。
1.4 微波處理
微波是頻率在300MHz到300GHz的電磁波（波長1m～1mm）。微波處理能使纖維素的分子間氫鍵發生變化，處理后的粉末纖維素類物質沒有脹潤性，能提高纖維素的可及性和反應活性，可以提高基質濃度，得到較高濃度的糖化液，處理時間短，操作簡單，但由于處理費用較高而難以得到工業化應用。
1.5 高能輻射
利用高能射線如電子射線、γ射線來對纖維素原料進行預處理，以獲得所期望的纖維素聚合度和增加纖維素的活性，以減少溶解用或反應用化學藥品造成的廢水、環境等污染。文獻[7]指出，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構松散，并影響到纖維素的晶體結構，從而使纖維素的活性增加，可及度提高。但是輻射處理的成本較高，目前還很難用于大規模的生產。
2 化學預處理法
常用的化學法有臭氧法、酸水解法、堿法、氧化脫木素法、有機溶劑法等。
2.1 臭氧分解法
臭氧可以用來降解麥草、甘蔗渣、干草、花生、松木、棉桿和楊木鋸末等許多木質纖維原料的木素和半纖維素。該法中木素受到很大程度的降解，而半纖維素只受到輕微攻擊，纖維素幾乎不受影響。臭氧預處理的楊木鋸末酶法水解得率為0～57%，木素含量從29%降低為8%。臭氧分解有下列優點：（1）高效脫除木素；（2）不產生有毒的阻礙生物過程的化合物；（3）反應在室溫、常壓下進行。缺點是預處理需要大量的臭氧，生產成本昂貴[8]。
2.2 酸水解
主要有濃酸水解和稀酸水解兩種。稀酸處理的優點在于半纖維素水解得到的糖量大，催化劑成本低，易于中和。但半纖維素水解產物五碳糖易在催化下進一步降解（糠醛）。稀酸水解過程為多相水解反應，硫酸濃度一般0.5%～2%，溫度為180～240℃，時間為幾分鐘到幾小時。Brink[9]為天然纖維素轉化為葡萄糖提出了一個兩步法過程。第一步，把半纖維素解聚為木糖和其他糖類。第二步，把纖維素解聚為葡萄糖。由于酸的濃度低，可以不必進行酸的回收。但葡萄糖的最大產率僅占纖維素的55%，并且有較多的解聚產物會阻止酵母發酵生成乙醇[10]。法國在1856年即開始進行了濃硫酸水解法進行乙醇生產。濃酸水解過程為單相水解反應，纖維素在濃酸作用下首先溶解，然后在溶液中進行水解反應。濃酸能夠迅速溶解纖維素，但并不是發生了水解反應。濃酸處理后成為纖維素糊精，變得易于水解，（纖維素經濃酸溶液生成單糖，由于水分不足，濃酸吸收水分，單糖又生成為多糖，但這時的多糖不同于纖維素，它比纖維素易于水解）但水解在濃酸中進行得很慢，一般是在濃酸處理之后再與酸分離，使用稀酸進行水解。傳統的酸水解流程包括固定水解法、分段水解法和滲濾水解法。一般采用連續滲濾反應器，固體物料充填其中，酸液連續流過。這樣水解所產的糖可連續流出，減少了在床內停留時間，相應也減少了糖的進一步反應。也有人提出了兩步法稀酸水解。首先原材料用0.5～2.5 mol/L的稀硫酸處理，約有50%的半纖維素轉化為可溶性的低聚糖或單糖， 然后在62.5%～87.5%的液體乙醇中，用2mol/LH2SO4處理，脫除木素。通過以上兩步，總纖維素得率>60%[11]。近年來，人們還研究了助催化劑的作用。即用某些無機鹽（如ZnCl2，FeCl3等）來進一步促進酸的催化作用[11]。加電解液NaCl溶液可觀察到非均相稀酸水解速率的提高，酸解速率與添加的電解液的濃度成線性關系。還有人嘗試在滲濾反應器酸解過程中添加非水溶劑。如在稀硫酸中使用丙酮，葡萄糖產率為83.4%，不用丙酮，產量為65%。這表明，在適合的糖化條件下，可用丙酮、酸、水混合體系[12]。酸解法已有近一百年的歷史，發展至今，仍存在許多問題，如酸回收問題、設備腐蝕、工程造價等。另外，酸水解產生大量的副產物如甲酸、乙酸、糠醛、5-HMF（5-羧甲基糠醛）和苯系化合物，對后續發酵有相當的抑制作用。使得乙醇的產量和產率都不是太理想，因此酸法水解正逐漸被生物法所取代。
2.3 堿水解
某些堿可以用來預處理木質纖維原料，處理效果主要取決于原料中的木素含量。堿水解的機理是基于連接木聚糖半纖維素和其他組分內部分子之間（比如木素和其他半纖維素之間）酯鍵的皂化作用。連接鍵的脫除增加了木質纖維原料的多孔性。稀 NaOH 處理引起木質纖維原料潤脹，結果導致內部表面積增加，聚合度降低， 結晶度下降，木素和碳水化合物之間化學鍵斷裂， 木素結構受到破壞。 隨著木素含量從24%～55%降低到20%， NaOH處理的闊葉木消化性從14%增加到55%。 但是稀NaOH預處理對于木素含量超過26%的針葉木沒有效果。 對于木素含量低（10%～18%）的草類原料，稀 NaOH預處理是有效的[13]。
2.4 氧化脫木素
在過氧化氫存在的情況下木素可被過氧化物酶催化降解。采用過氧化氫預處理甘蔗渣可以增強其對酶水解的敏感度。在2%過氧化氫、 30℃條件下預處理8h，后續糖化作用中（45℃條件下經過纖維素酶水解 24h）大約 50%的木素和大部分半纖維素溶解，纖維素轉化成葡萄糖的轉化率為95%。Bjerre等[14]研究發現（20g/L麥草，170℃，5～10min）經氧化和堿預處理后水解，麥草纖維素轉化成葡萄糖的轉化率可達85%。
2.5 有機溶劑法
在有機溶劑法中，有機溶劑或水性有機溶劑和無機酸催化劑混合物可用來斷裂木素和半纖維素內在的化學鍵。使用的有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮、 乙烯基乙二醇、三甘醇及四氫化糠基乙醇。有機酸比如草酸、乙酰水楊酸和水楊酸可作為有機溶劑法的催化劑。在高溫條件下無需添加催化劑即可獲得滿意的脫木素度。使用的溶劑經過排放、蒸發、濃縮和回收處理，既可降低成本又避免了阻礙微生物生長、酶法水解和發酵的化合物生成。
3 物理化學法
常用的物理化學法有蒸汽爆裂法、氨纖維爆裂、CO2爆破法、蒸汽爆裂與乙醇抽提結合法、氨冷凍爆破法等。
3.1 蒸汽爆裂法
這一方法主要指蒸汽爆破技術。蒸汽爆破是將木質纖維原料先用高溫水蒸氣處理適當時間，然后連同水蒸氣一起從反應釜中急速放出而爆破，由于木質素、半纖維素結合層被破壞，并造成纖維素晶體和纖維束的爆裂，使得纖維素易于被降解利用。但蒸汽爆理后可能會提高纖維素的結晶指數[15]。最初的蒸汽爆破由Mason于1927年提出并取得專利[16]。此后各國的研究者進一步結合化學處理，使蒸汽爆破技術更加完善。蒸汽爆破與酸結合，分兩步預處理。
軟木質纖維，糖的回收率可大大提高，并可降低后續酶解過程的酶的用量[17]。蒸汽爆破楊木時加入NaOH，隨堿濃度的增加，木質素脫除率可提高到90%[18]。蒸汽爆破的處理效果不僅與使用的化學試劑有關，而且與纖維材料的粒度大小有關。采用較大的粒度（8～12mm）不僅可節約能耗，而且可采用較劇烈的操作條件，具有較高的纖維素保留度，較少的半纖維素水解糖類損失，提高纖維素酶的酶解率[19]。
3.2 氨纖維爆裂
氨纖維爆破法比較相似于蒸汽爆破法，氨纖維爆破是指將物料置于高溫高壓狀態的液態氨中，保持一段時間，然后將壓力驟然釋放，使物料爆破。
氨纖維爆破法適合于木素含量低的草本科植物、 闊材和農作物的剩余物的預處理，氨纖維爆破法可有效提高各種木素含量低的草本科植物、闊葉材和農作物剩余物的糖化率[20]。Yoon等以氨的水溶液在連續式反應器中對木質纖維原料進行預處理，把5%～15%的氨的水溶液注入有木質纖維原料的柱式反應器，使木質纖維原料被氨浸泡，反應溫度為160℃～180℃，氨的水溶液的流速為1ml/cm2min，反應時間為14min。結果顯示，脫除木素效果好，并且木素脫除的程度可以控制。木素是影響酶解的主要因素之一，因此，脫除木素可以降低酶的量。氨纖維爆破法對半纖維素的去除程度不高，避免了半纖維素損失； 破壞纖維素的結晶結構提高纖維素的酶解可及性；同時處理過程中產生的抑制性降解產物少。由于氨的成本高，為了降低成本，避免對環境造成污染，在預處理結束后，需對氨進行回收再用。對氨的回收是在溫度高達200℃的高溫下進行的，用氨的過熱蒸汽來蒸發和剝離殘留在處理過的木質纖維原料上的氨，然后，通過調節壓力，將氣態氨從反應器里排出，再回用。氨回收的設備成本及能耗高，并且氨本身的成本高，使得氨纖維爆破法的成本高，無法推廣。
3.3 CO2爆破法
與蒸汽和氨爆破法一樣，CO2爆破法也是對木質纖維原料預處理的方法。所不同的是該方法處理過程中CO2必須形成碳酸以增加水解率。Walsum[21]等使用CO2爆破法對玉米秸稈進行預處理，結果表明：CO2爆破法處理后的玉米秸稈比水蒸汽爆破后的玉米秸稈水解后木糖和呋喃糖得率明顯提高，處理的效果與CO2的壓力有關，同時也證實了碳酸可以作為后續水解的催化劑。比較甘蔗渣和廢紙的蒸汽爆破、氨爆破和CO2爆破預處理，發現CO2爆破法比氨爆破法更加有效，而且不產生抑制后續水解的副產物。
3.4 蒸汽爆裂與乙醇抽提結合法
蒸汽爆裂與乙醇抽提結合法是用高壓飽和蒸汽處理生物質原料，然后突然減壓，使原料爆裂降解，然后通過原料洗滌再進行乙醇抽提。Hongzhang， Chen[22]等用該方法對小麥秸稈進行了預處理，工藝為：先用壓力為1.5MPa， 濕度34.01%，處理時間4.5min（無酸無堿），突然減壓爆裂降解。接著對原料進行洗滌，再用乙醇進行抽提，工藝為：乙醇40%，纖維/抽提液1:50（w/v）， 溫度180℃ ，抽提時間20min， 0.1% NaOH。結果表明：通過該法處理后的原料中半纖維素、木質素含量明顯降低。
3.5 氨冷凍爆破法
氨冷凍爆破[23]是利用液態氨相對較低的壓力（1.5MPa左右）和溫度（50～80℃）下將原料處理一定時間，然后通過突然釋放壓力爆破原料。在此過程中由于液態氨的迅速汽化而產生的驟冷作用不但有助于纖維素表面積增加，同時還可以避免高溫條件下糖的變性以及有毒物質的產生。氨冷凍爆破中采用的液態氨可以通過回收循環利用，整個過程能耗較低，被認為是一種較有發展前途的預處理技術。
4 生物預處理
在生物預處理法中，褐腐菌、白腐菌和軟腐菌等微生物被用來降解木素和半纖維素。褐腐菌主要攻擊纖維素，白腐菌和軟腐菌攻擊纖維素和木素。生物預處理法中最有效的白腐菌是擔子菌類。Azzam A M[24]研究了19種白腐菌預處理麥草效果，發現在5星期內35%的麥草被糙皮側耳菌（Pleurotus ostreatus）轉化成還原糖。為了降低纖維素的損失，可采用較少纖維素酶變種的側孢霉屬白腐菌 Pulverulentum 來降解木片中的木素。據報道[25]兩種白腐菌對百慕大草有降解作用，用白腐菌 Ceriporiopsis subvermispora 和 Cyathus stercoreus 預處理6周，生物降解率分別提高到29%～32%和 63%～77%。
白腐菌黃孢原毛平革菌（ P.chrysosporium ）在二次代謝過程中產生木素降解酶、木素氧化酶和依賴錳過氧化物酶。其它酶，包括多酚氧化酶、漆酶、H2O2產生酶和醌還原酶也能降解木素[26]。生物預處理的優點是能耗低，所需環境條件溫和。但是生物預處理后水解率很低。
5 結 語
木質纖維生產燃料酒精已成為一個熱門研究課題，預處理技術作為木質纖維轉化為能源的關鍵步驟，也成為科研工作者關注的焦點。傳統的化學處理、機械處理技術等耗能較多，且不同程度地存在環境污染；蒸汽爆破具有處理時間短、減少化學藥品用量、無污染、能耗低等優點，是很有發展前途的預處理新技術；生物處理技術從成本和設備角度考慮，占有獨特的優勢，但處理效率較低，利用基因工程和傳統的生物技術對菌種和酶進行改造，提高酶活力，降低酶成本，也有望應用于大規模工業生產；利用多種預處理方法相結合，開發更加高效、無污染且成本低的預處理手段，將是今后木質纖維原料預處理的發展趨勢。木質纖維原料預處理問題的解決，將為今后以木質纖維為原料的燃料酒精工業化生產打下堅實的基礎。
參考文獻
[1] Stuart Earnest D，et al. Treatment method for fibrous lignocellulosicbiomass using fixed stator device having nozzle tool with opposingcoaxial toothed rings to make the biomass more susceptible tohydrolysis[P]. US 5498766，1996.
[2] Stuart Earnest D. Treatment of fibrous lignocellulosic biomass byhigh shear forces in a turbulent couette flow to make the biomassmore susceptible to hydrolysis[P]. US 5370999，1994.
[3] Mosier N，Wyman C， Dale B，etal. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass[J].Bioresource Technology，2005，96:673-686
[4] Shafizadeh F， Bradbury A G W. Thermal degradation of cellulose in air and nitrogen at lowtemperatures[J]. Appl. Poly. Sci.， 1979（23）: 1431-1442.
[5] Tossinari T，Macy C，Spano L Energy [J]. Biotechnology andBioengineering，1980，22：1689-1705.
[6] Koshijiima T，Yuka F，Muraki E，et al. [J]. Journal Applied PolymerSynposium，1983，37：671-683.
[7] Hacking A J. Electron treatment of cellulose for viscose fiber[J]. Chemical Fiber International，1995， 45（6）: 454-459.
[8] Grethlein. [J]. J. Applied Chemistry Biotechnology，1978，28：296-308.
[9] Brink. Method of treating biomass material[P]. US 5536325，1998.
[10] Papatheofanous M G，et al. [J]. Bioresource Technology，1995，54（3）：305-310.
[11] Zaranyika MF. [J]. Polymer Chemistry，1990，28（13）：3365-3374.
[12] Ye Sun， JiayangCheng. Hydrolysis of lignocellosic materials for ethanol production:a rewiew[J].Bioresource Technology，2002，83:1-11
[13] Chosdu R， Hilmy N， Erizal Erlinda TB， et al. Radiation and chemical pretreatment of cellulosicwaste[J]. Radiat Phys Chem， 1993， 42: 695-698.
[14] Bjerre AB， Olesen A B， Fernqvist T. Pretreatment of wheat straw using combined wet oxidationand alkaline hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicellulose[J]. BiotechnologyBioeng， 1996， 49: 568-577.
[15] Morjanoff ， P.J. ， et al1 ， 1987.Optimization of steam explosion as method for increasing
susceptibility of sugarcane bagasse to enzymatic saccharification.Biotechnol.Bioeng.29 ，733-741
[16] Mosier ， N1 ， et al1 ， 2005.Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology96 ， 673-686
[17] Nunes ， A1p1 ， J.Pourquie.1996.Steam Explosion Pretreatment And Enzymatic Hydrolysis of EucalyptusWood.Bioresource Technology 57 : 107-110
[18] Heitz M，et al. [J]. Bioresource Technology，1991，35：23-32.
[19] Ballestcros I，et al. [J]. Applied Biochemistry and Biotechnology，2000，84-86：97-110.
[20] Yoon H H，Wu Z W， Lee Y Y. Ammonia-recycled percolation process for pretreatment of biomass feedstock[j].Applied Biochemistry and Biotechnology，1995，51/52:5-19
[21] 許鳳， 孫潤倉， 詹懷宇. 木質纖維原料生物轉化燃料乙醇的研究進展[J]. 纖維素科學與技術，2004， 12（1）: 45-54.
[22] Hongzhang， Chen Unpolluted fractionation of wheat straw by steam explosion and ethanol extraction. Bioresource Technology; Feb2007， Vol. 98 Issue 3， p666-676
[23] Ward John Patrick，Grethelein Hans. [J]. Biomass， 1988， 17（3）：153-163.
[24] Azzam A M. [J]. Biomass，1987，12（1）：71-77.
木質纖維素范文4
關鍵詞：木霉菌；白腐菌；半纖維素；纖維素；木質素；降解規律
中圖分類號：S141.4 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2012）11-0078-03
Effects of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium
on Degradation of Rice Straw
Gao XiaoMei， Liu XiaoHui， Huan MingHui， Li Yang， Chi JingLiang
（Liaoning Institute of Microbiology， Chaoyang 122000， China）
Abstract The influences of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium on degradation of rice straw were studied， and also the degradation rules. The results showed that the cellulose， hemicellulose and lignin in rice straw degraded rapidly in the early 28 days and then slowed down. The effect of compound application of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium was the best， and in 70 days， the cellulose was degraded by 38.18%， while hemicelulose and lignin were degraded by 53.99% and 33.91% respectively.
Key words Trichoderma koningii； Phanerochaete chrysosporium； Cellulose； Hemicellulose； Lignin； Degradation rule
農作物秸稈作為一種可再生資源，在我國具有分布廣、數量大、種類多、價格低廉的特點。如何充分利用這些資源而又使環境不受污染，是現代農業面臨的難題。農作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素三大組分組成，由于纖維素特別是木質素難以被分解，影響其利用推廣。近幾十年來，國內外科研人員雖然研究了一些物理、化學的秸稈利用方法，但都存在著利用不充分、成本高等問題。實踐表明，秸稈的生物法利用是最佳途徑，具有降解率高、安全環保、成本低等優點。自然界中許多微生物可以腐蝕和分解秸稈、樹葉及樹木等高纖維物質，這些微生物包括細菌、霉菌、酵母菌及食用菌等。本試驗應用木霉菌和白腐菌研究其對半纖維素、纖維素和木質素降解的影響，旨在為秸稈有效利用提供基礎資料。
1 材料與方法
11 材料
111 試驗菌種 康寧木霉Trichoderma koningii，本實驗室篩選保藏；黃孢原毛平革菌Phanero chaete chrysosporium，購于廣東省微生物研究所。
112 供試培養基配方 木霉菌培養基配方：玉米面2%，酵母膏1%，KH2PO4 005%，MgSO4 005%， CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=55。
白腐菌培養基配方：玉米面 3%，酵母膏05%，檸檬酸鈉 025%，KH2PO4 02%，MgSO4 005%，MnSO4 002%，CuSO4 001%，CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=45。
113 供試秸稈樣品 水稻秸稈來源于遼寧省朝陽市郊，風干，經粉碎機粉碎成40目左右的秸稈粉，烘干至恒重。
12 試驗設計及方法
121 試驗設計 秸稈發酵試驗設3個處理，即康寧木霉（處理1）、黃孢原毛平革菌（處理2）、康寧木霉+黃孢原毛平革菌（處理3）。
122 菌液培養 將康寧木霉和黃孢原毛平革菌分別在斜面固體土豆培養基上進行種子活化，培養7 d，分別接入木霉菌和白腐菌液體培養基中，培養36 h，培養溫度為25℃，即得種子液。
123 秸稈發酵培養 分別稱取20 g秸稈粉加入到30個500 ml的三角瓶中，分別加入麩皮2 g、（NH4）2SO4 01 g和自來水60 ml，混勻，121～125℃滅菌30 min，處理1、處理2按10%的接種量接入種子液，30℃靜置培養。處理3先在固體發酵培養基中接種5%的白腐菌孢子懸浮液混勻，在30℃下培養3 d后，再接種5%的康寧木霉，30℃靜置培養。
124 秸稈發酵樣品 每7 d取固體發酵樣品，用500 ml、pH 50的醋酸-醋酸鈉緩沖液浸泡3 h，過濾，濾渣于60℃烘干，測定干重并用于測定其中纖維素、木質素、半纖維素的含量。
125 試劑的配制 中性洗滌劑按Van Soest方法配制。2 mol/L鹽酸：167 ml濃鹽酸（比重119）用蒸餾水定容至1 000 ml；72%硫酸：665 ml濃硫酸（比重184）加入300 ml水中，冷卻至20℃，補加水至1 000 ml。其他試劑采用常規法配制。
126 差重法測定秸稈發酵物中纖維素、半纖維素和木質素含量 （1）稱取1000 g恒重的樣品，分別置于150 ml碘量瓶中，各加入100 ml中性洗滌劑，之后放入已沸的高壓鍋，100℃保溫1 h，取出用恒重過的耐酸過濾漏斗（重量為W01）過濾，濾渣熱水洗至濾液無中性洗滌劑且pH=70，再用丙酮洗2次，放入烘箱中烘干，稱量濾斗和樣品的總重（Wl），將濾渣在550℃馬福爐中灰化4 h，得灰分W。
（2）稱取1000 g同樣恒重干樣，放入150 ml的碘量瓶中，加入2 mol/L鹽酸溶液100 ml ，然后放入已沸的高壓鍋中，100℃準確保溫50 min，用重量為W02的耐酸過濾坩堝過濾至中性，濾渣再依次用95%乙醇、無水乙醇和丙酮洗滌2次，耐酸砂芯坩堝和殘渣于60℃烘箱中烘至恒重，為W2。
（3）將（2）中殘渣連同砂芯坩堝放入150 ml燒杯中，加入72%的硫酸5 ml，室溫水解3 h后，再加水45 ml，室溫過夜，次日用砂芯坩堝過濾，用蒸餾水洗殘渣至濾液pH=65～70，濾渣和平底砂芯坩堝在60℃下烘至恒重為W3。
（4）將殘渣和平底砂芯坩堝在550℃馬福爐中灰化4 h，干燥器中平衡至恒重，為W4。差重為W3- W4，灰分為W4-W02。按上述過程測定3個不同處理的樣品，每個樣品重復3次，測定后取平均值，且每7 d取樣測定一次。
127 計算方法 半纖維素的百分含量（%）=[（Wl- W01-W）-（W2- W02）]/1000×100；
纖維素的百分含量（%）=[ W2 -W3 –（W4-W02）]/1000×100；
木質素的百分含量（%）=（ W3 –W4）/1000×100。
2 結果與分析
21 秸稈發酵過程中不同處理秸稈粉干重變化情況
從表1結果看出，秸稈粉發酵過程中失重明顯，三個處理分別失重699、1156、1205 g，失重率分別為3175%、5252%、5474%；處理3效果最佳。
表1 不同發酵時間樣品干重測定結果
（g）
處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d
1 2201 2148 1995 1756 1625 1609 1598 1576 1541 1515 1502
2 2201 2071 1856 1489 1211 1158 1139 1118 1107 1069 1045
3 2201 1962 1731 1368 1105 1098 1079 1062 1043 1015 996
22 秸稈發酵過程中半纖維素、纖維素、木質素含量變化情況
從表2～表4結果看出，秸稈粉發酵過程中半纖維素、纖維素、木質素含量逐漸降低，前4周降解速度較快，之后逐漸變慢，但其含量仍不斷下降。三個處理比較而言，處理3降解效果最好，半纖維素含量降至1296%，纖維素含量降至1957%，木質素含量降至893%；其次是處理2，最后是處理1。表明三個處理均對秸稈粉中半纖維素、纖維素、木質素有降解作用，且處理3效果最佳。
表2 不同發酵時間樣品半纖維素含量測定結果
（%）
處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d
1 2817 2658 2347 2043 1802 1682 1545 1517 1501 1493 1486
2 2817 2638 2248 1899 1676 1561 1445 1408 1388 1365 1362
3 2817 2612 2098 1785 1551 1465 1394 1324 1308 1299 1296
表3 不同發酵時間樣品纖維素含量測定結果
（%）
處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d
1 3166 3011 2931 2831 2766 2656 2606 2574 2548 2565 2559
2 3166 2981 2798 2502 2286 2203 2194 2165 2109 2089 2068
3 3166 2945 2763 2378 2158 2124 2103 2075 2014 1986 1957
表4 不同發酵時間樣品木質素含量測定結果
（%）
處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d
1 1351 1326 1238 1107 1067 989 975 968 953 949 946
2 1351 1313 1224 1096 1005 953 949 922 911 903 902
3 1351 1308 1193 1045 964 928 924 913 908 898 893
23 秸稈經發酵后半纖維素、纖維素、木質素降解情況
從表5結果看出，處理3對秸稈中半纖維素、纖維素、木質素降解效果最佳，降解率分別達到5399%、3818%和3391%。 表5 發酵后半纖維素、纖維素、木質素的降解率
（%）
處理 半纖維素 纖維素 木質素
1 4724 1917 2997
2 5165 3468 3323
3 5399 3818 3391
3 結論與討論
31 秸稈中半纖維素、纖維素、木質素含量在發酵過程中不斷降低，添加菌液能夠有效分解秸稈中的主要成分。
32 三個不同處理對秸稈成分均具有分解作用，且處理3效果最佳，即康寧木霉與白腐菌共同處理；其次是處理2，再次是處理1。處理3對半纖維素、纖維素、木質素的降解率分別可達5399%、3818%和3391%。
33 由于纖維素降解具有階段性和順序性，單一的菌株難以完成秸稈降解的復雜生化過程，因此通過復合降解秸稈菌株，可以協同完成對秸稈中各組分的高效降解。
參 考 文 獻：
[1] 李方正，唐 亮，趙建文，等一株高效秸稈纖維素降解真菌的分離、鑒定及系統發育分析[J].山東農業科學，2011，7：5-8.
[2] 陳 誼，杭恰瓊，薛惠琴，等.白腐真菌降解稻草轉化飼料的研究[J].上海交通大學學報（農業科學版），2001，19（2）：151-153.
木質纖維素范文5
關鍵詞蒸汽爆破;技術研究;預處理;木質纖維素
中圖分類號 S210.7 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0278-03
在當今世界上,石油、煤、天然氣等化石能源的儲量是有限的,隨著人類文明的進一步發展,對各種能源的需求量也是越來越大。石油、煤、天然氣等化石能源的儲量隨著人類的開采漸趨枯竭。這就促使人們致力于各種低成本、可再生的新能源的開發[1]。植物纖維具有天然、可再生等特性[2],因此利用植物纖維這一巨大的可再生資源,提供人們所需的能源和其他化工產品已成為一種趨勢。植物纖維的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素,它們主要存在于細胞(纖維是植物細胞中的一種主要細胞形式),其中,纖維素是纖維的骨骼物質,而木質素和半纖維素以包容物質的形式分散在纖維之中及周圍[3]。研究表明,利用酸或酶水解技術可以將其中的纖維素和半纖維素轉化為單糖,并可進一步發酵成酒精、糖醛、丙酮、丁醇等化工原料或生產蛋白飼料等其他高附加值產品[4,5],甚至可以通過一些手段,將植物纖維中的纖維素、半纖維素以及木質素轉化為生物汽油等產品。但是,由于植物纖維本身構造的原因,對其進行直接酶解的利用率極低,因此需要對其進行預處理。
蒸汽爆破(簡稱“汽爆”)預處理是近年來發展迅速的一種預處理方法。原料用蒸汽加熱至180~235℃,維壓一段時間,在突然釋壓噴放時,產生二次蒸汽,體積猛增,在機械力的作用下,將固體物料結構破壞[6]。
1蒸汽爆破技術的發展及其應用
蒸汽爆破技術始于1926年,為間歇法生產,主要用于生產人造纖維板。從20世紀70年代開始,此項技術被廣泛用于動物飼料的生產和從木材纖維中提取乙醇和特殊化學品。其后此項技術得到很大發展,應用領域逐步擴大,發明了連續蒸汽爆破法生產技術及設備,如加拿大Stake Technology公司開發的連續蒸汽爆破法工藝及設備,并產生許多專利。80年代后期,Stake Technology公司將此項技術應用于制漿造紙領域,并與加拿大魁北克大學共同研究,對楊木及許多非木材纖維原料進行了大量的蒸汽爆破試驗,取得了很好的結果。
蒸汽爆破技術最早由Mason發明并用于制漿過程,稱為Masonite法[7,8]。隨后,在此工藝基礎上,人們對蒸汽爆破制漿進行了大量的研究與改進,產生了Stake和Kokta法以及其他一些重要的爆破工藝,如Iotech和Siropulper。目前,蒸汽爆破技術用于制漿已經達到工業化,成為該技術應用最廣、研究最深入的一個領域。
蒸汽爆破技術還廣泛用于動物飼料加工,尤其是草食動物粗飼料的加工。劉東波等[9]用小鼠對汽爆秸稈的飼用安全性進行測試。試驗表明,秸稈汽爆后安全無毒,可以作為動物飼料,并且可以提高動物對飼料的消化率。另外,還可以刺激動物的免疫反應,增強動物的免疫能力。目前,利用蒸汽爆破技術加工動物飼料已經達到工業化。
利用蒸汽爆破技術處理秸稈,將其進行糖化發酵后制備燃料酒精,已經成為目前研究的主要內容之一。秸稈經過蒸汽爆破之后,其酶解率可達80%~90%,比未經汽爆的秸稈酶解率提高了60%~70%。另外,陳洪章等[10]研究發現,麥草秸稈經汽爆后,其半纖維素和部分木質素降解為分子物質,并且使纖維疏松,具有多孔性。
另外,蒸汽爆破技術還廣泛應用于制糖、建材、發酵劑以及木質纖維素原料預處理[11]等領域。隨著研究的深入,在植物纖維的高效分離和纖維素預處理活化、固體廢棄物處理等領域中,蒸氣爆破技術將得到更多的關注和更廣泛地應用。
2蒸汽爆破的作用過程及原理分析
蒸汽爆破主要是利用高溫、高壓水蒸汽處理纖維原料,并通過瞬間釋壓過程實現原料的組分分離和結構變化。植物細胞中的纖維素為木質素所粘結,在高溫、高壓蒸汽作用下,纖維素結晶度提高,聚合度下降,半纖維素部分降解,木質素軟化,橫向連接強度下降,甚至軟化可塑。當充滿壓力蒸汽的物料驟然釋壓時,孔隙中的水汽急劇膨脹,產生“爆破”效果,可部分剝離木質素,并將原料撕裂為細小纖維[12]。在蒸汽爆破過程中,具有細胞結構的植物纖維原料在高壓、高溫介質下汽相蒸煮,半纖維素和木質素產生一些酸性物質,使半纖維素降解成可溶性糖;同時,復合胞間層的木質素軟化并部分降解,從而削弱了纖維間的粘結。然后瞬間迅速減壓,介質和物料共同完成物理的能量釋放過程。物料內的汽相介質噴出,瞬間急速膨脹,同時物料內的高壓液態水迅速暴沸形成閃蒸,對外做功,使物料從胞間層解離成單個纖維細胞。
蒸汽爆破過程可以分為2個階段[13,14]:一是汽相蒸煮階段。具有細胞結構的植物纖維原料在高溫、高壓介質下汽相蒸煮,高壓蒸汽滲入到物料內的空隙,半纖維素和木質素產生一些酸性物質,使半纖維素降解成可溶性糖;同時,復合胞間層的木質素軟化并部分降解,降低了纖維的粘結強度,而產生纖維素鏈的類酸性降解、熱降解和物理斷裂。二是爆破階段。在汽相飽和蒸汽和高溫液態水2種介質共同作用下,通過驟然釋壓,介質和物料共同完成物理能量的釋放,這一過程為瞬間的絕熱過程,并對外做功。軟化的物料在膨脹氣體的沖擊下產生剪切力變形運動,并發生分離。在這一過程中,已滲入纖維素內部微原纖晶體束間的蒸汽水分子以氣流的方式高速瞬間釋放出來,會使纖維素的微纖絲及晶胞間產生摩擦和碰撞,使晶區變小,可及的晶區表面增大,非晶區和晶區的氫鍵發生斷裂和重排。
一般認為,在蒸汽爆破過程中,存在著以下幾方面的作用[15,16]:一是類酸性水解作用及熱降解作用。蒸汽爆破過程中,高壓蒸汽進入纖維原料中,并滲入纖維內部的空隙。在水蒸汽和熱的聯合作用下產生纖維原料的類酸性降解以及熱降解,低分子物質溶出,纖維聚合度下降。二是類機械斷裂作用。在高壓蒸汽釋放時,已滲入纖維內部的熱蒸汽分子,以氣流的方式從較封閉的孔隙中高速瞬間釋放出來,纖維內部及周圍熱蒸汽的高速瞬間流動,使纖維發生一定程度上的機械斷裂。這種斷裂不僅表現為纖維素大分子中的鍵斷裂、還原端基增加、纖維素內部氫鍵的斷裂,還表現為無定形區的破壞及部分結晶區的破壞。三是氫鍵破壞作用。在蒸汽爆破過程中,水蒸汽滲入纖維各孔隙中并與纖維素分子鏈上的部分羥基形成氫鍵。同時,高溫、高壓、含水的條件又會加劇對纖維素內部氫鍵的破壞,游離出新的羥基,增加纖維素的吸附能力。瞬間釋壓爆破使纖維素內各孔隙間的水蒸汽瞬間排除到空氣中,打斷纖維素分子內的氫鍵。分子內氫鍵斷裂的同時,纖維素被急速冷卻至室溫,使得纖維素超分子結構被“凍結”,只有少部分的氫鍵重組。這樣溶劑分子容易進入片層間,而滲入的溶劑進一步與纖維素大分子鏈進行溶劑化,并引起殘留分子內氫鍵的破壞,加速葡萄糖環基的運動,最后導致其他晶區的完全破壞,直至完全溶解。四是結構重排作用。在高溫、高壓下,纖維素分子內氫鍵受到一定程度的破壞,纖維素鏈的可動性增加,有利于纖維素向有序結構變化。同時,纖維素分子鏈的斷裂,使纖維素鏈更容易再排列。
3蒸汽爆破功率分析
本文為全文原貌 未安裝PDF瀏覽器用戶請先下載安裝 原版全文
由于蒸汽爆破過程時間極短,可以視為絕熱膨脹。有效爆破功率Pe是以時間度量的有效爆破功。因此Pe可以用下式表示[6]:
M=φαρV
式中:M-T時間內膨脹的介質量;ΔH-爆破前后介質焓差;T-爆破時間;φ-爆破系數,與物料有關;α-物料中氣態介質所占比例;ρ-爆破前爆破介質密度;V-爆破前物料體實際體積;s、L、m分別代表氣相介質、高溫液態水和爆破物料。
上述公式可以定性說明以下幾個問題:一是汽相介質。在物料間隙中的飽和蒸汽的爆破系數φ接近于1,也就是說物料中的飽和蒸汽絕大部分以爆破的方式膨脹。α代表物料中氣態介質所占比例,液體比例大,爆破效果就差,因此物料中含水量對爆破作用影響較大。隨著爆破壓力增加,ρ值和ΔH值升高。據物性手冊介紹,汽相的焓低壓時上升較快,在2.0MPa基本達到最大。因此,并非壓力越高越好。另外,壓力過高,操作時間極短,更不易控制。二是液態介質。單位體積液態水和相同溫度下水蒸氣的熱焓值相比大得多,但它的膨脹系數極小,這部分焓差需轉化為蒸汽才有爆破作用。雖然可以減壓閃蒸,但由于汽化阻力太大,只有少量的汽化。因此,φ系數極小。三是爆破時間。物料的膨脹系數更小,但它對爆破時間和出料口處汽相流失產生一定影響。出料口越小,更多氣體熱能轉化為動能,但出料時間加長,使較多氣體在出料口流失,因此出料口必須有一定比例。另外,物料的比表面積越小,即物料的尺寸大些,可以減小出料口氣體流失。
4影響蒸汽爆破的主要因素
影響蒸汽爆破的主要因素有以下幾個方面[14,17-19]:
(1)纖維原料的種類和來源。蒸汽爆理對纖維原料的組分分離和超分子結構的影響與纖維原料的種類及來源有密切關系。有關研究指出,蒸汽爆破的效果與原料的孔隙度也密切相關,纖維原料的形態結構和超分子結構的變化程度取決于原料的孔隙度?？紫抖却?則有利于爆理,孔隙度小,則要求更劇烈的爆破條件。
(2)蒸汽爆破前的預浸處理。預浸處理的主要目的是將纖維軟化,有利于爆破時纖維在不受機械損傷情況下分離。同時預處理使纖維發生一定的潤脹,有利于加大水蒸汽的滲入程度,加大水合作用,從而提高處理效果。
(3)爆破壓力和維壓時間。蒸汽爆破過程實際就是纖維原料高溫軟化,在削弱纖維素間的粘結前提下,突然減壓時介質的急速膨脹作用將纖維分離。如果介質爆破功率越大,則纖維離解程度越高。維壓時間的長短,影響到物料中半纖維素的降解和木質素的軟化程度以及介質的滲透程度。
爆破壓力與維壓時間具有相互影響的關系,在國內外研究者中普遍使用爆破強度(logR0)表示。其中R0用下式表示:
R0=texp(T-100/14.75)
式中:t-維壓時間,min;T-溫度,℃。
(4)爆破后纖維的后處理方式。蒸汽爆理后纖維的不同后處理方式對纖維原料的組分分離及超分子結構也有一定的影響。水、稀堿及乙醇等都是較常用的后處理試劑。爆理后用冷水及熱水處理試樣,能進一步除去爆理試樣的水溶物組分。而稀堿抽提則可將殘留的半纖維素和堿溶木質素除去。乙醇代替水處理蒸汽爆破試樣,可以阻止爆破后分離的纖維素鏈的進一步靠近和氫鍵的重新生成,有利于提高蒸汽爆破纖維的可及度。
5蒸汽爆理方式
蒸汽爆理方式可以分為批式(非連續)處理、連續處理和液相處理3種。批式處理是指,物料投入密閉反應器后,依次經過高溫高壓、驟然爆破的處理,在這期間不另進行投料。連續式處理是指,物料以一定的速度投入汽爆反應器,經過處理后,以一定的速度排出,從而使整個反應器中的物料保持恒定。目前連續汽爆設備如Stake Technology公司開發的Stake汽爆系統,該系統主要由水平高壓消化器(反應器)和1個排料閥門系統構成。其消化器可以通過1個共軸往復喂料器實現連續供料,物料在消化器內的停留時間可以通過喂料器和排料閥門系統控制。液相處理則指的是,先將原料粉碎為1mm以下的顆粒,加水等調成漿狀,再通過均質機高壓閥進入塞流反應器,反應后物料排出。處理效果受料漿的流速、溫度、壓力和反應時間等的影響[6]。
批式處理具有設備簡單、成本較低的特點,適合于實驗室和小型工廠的原料處理,但處理的效率相對低于連續式處理。連續式處理的處理能力較大,效率較高,適合于大型工業應用。但連續式處理的設備較少,目前僅有加拿大的Stake Technology公司擁有此產品,設備價格昂貴。而液相處理需要先對物料進行粉碎,能耗較高,處理后物料的含水量大,容易產生水污染等問題。
6結語
現今,蒸汽爆破技術不僅被廣泛應用于食品生產、飼料加工、制糖、建材、發酵劑等行業,而且將其作為木質纖維素酶解制備燃料乙醇的預處理技術也得到了應用。對蒸汽爆破技術,特別是對連續式處理技術和裝備開展深入系統的研究,對于開發和利用新能源具有十分重要的現實意義。
7參考文獻
[1] DATARA R,HUANGA J,MANESSA P C,et al. Hydrogen production from the fermentation of corn stover biomass pretreated with a steam-explosion process[J].International Journal of Hydrogen Energy,2007(32):932-939.
[2] LI J B,HENRIKSSON G,GELLERSTEDT G. Lignin depolymeriza-tion/repolymerization and its critical role for delignification of aspen wood by steam explosion[J].Bioresource Technology,2007(98):3061-3068.
[3] 廖雙泉.劍麻纖維蒸汽爆破預處理研究[D].北京:北京理工大學,2002.
[4] 陳育如,夏黎明,劉剛,等.植物纖維原料預處理技術的研究[J].化工進展,1994(4):154-157.
[5] CARAA C,RUIZA E,BALLESTEROSB I,et al. Enhanced enzymatic hydrolysis of olive tree wood by steam explosion and alkaline peroxide delignification[J].Process Biochemistry,2006(41):423-429.
[6] 陳洪章,劉麗英.蒸汽爆碎技術原理及應用[M].北京:化學工業出版社,2007.
[7] SUN X F,XU F,SUN R C,et al. Flowerc and M. S. Bairdd. Charat-eristics of degraded cellulose obtained from steam-exploded wheat straw [J].Carbohydrate Research,2005(340):97-106.
[8] VIGNON M R,DUPEYRE D,GARCIA-JALDON C. Morphological characterization of steam-exploded hemp fibers and their utilization in polypropylene-based composites[J].Bioresource Technology,1996(58):203-215.
[9] 劉東波,王秀然,陳珊,等.蒸汽爆理的玉米秸稈飼料飼用安全性的研究[J].吉林農業大學學報,2003,25(6):657-660.
[10] 陳洪章,李佐虎.麥草蒸汽爆理的研究(Ⅱ)-麥草蒸汽爆理作用機制分析[J].纖維素科學與技術,1999,7(4):14-22.
[11] XUA W,KEA G,WUA J,et al. Modification of wool fiber using steam explosion[J].European Polymer Journal,2006(42):2168-2173.
[12] 黃崇杏,王雙飛,楊崎峰,等.低壓蒸汽爆理對蔗渣漿化學組分的影響[J].造紙科學與技術,2005,24(2):16-18.
[13] 張德強,黃鎮亞,張志毅.木質纖維生物量一步法(SSF)轉化成乙醇的研究(Ⅰ)-木質纖維原料蒸汽爆破預處理的研究[J].北京林業大學學報,2000(11):43-46.
[14] 廖雙泉,馬鳳國,廖建和,等.蒸汽爆理對劍麻纖維組分分離的影響[J].熱帶作物學報,2003,9(3):27-30.
[15] 廖雙泉,馬鳳國,邵自強,等.椰衣纖維的蒸汽爆理技術[J].熱帶作物學報,2003,3(1):17-20.
[16] 廖雙泉,邵自強,馬鳳國,等.劍麻纖維蒸汽爆理研究[J].纖維素科學與技術,2003,3(1):45-49.
[17] 王,蔣建新,宋先亮.蒸汽爆破預處理木質纖維素及其生物轉化研究進展[J].生物質化學工程,2006(1):37-42.
[18] 羅鵬,劉忠.蒸汽爆破法預處理木質纖維原料的研究[J].林業科技,2005(5):53-56.
木質纖維素范文6
一、纖維素成紙的原理
造紙的原料是植物纖維,主要由纖維素構成。纖維素是由葡萄糖分子通過β1,4糖苷鍵連接而形成的葡聚糖,結構式如圖1所示,其中n為聚合度。它不溶于水及一般有機溶劑,在酸中不穩定,在堿中穩定。纖維素分子中含有大量親水性很強的羥基（圖2A）。當植物纖維經提純并分散于水介質中時,這些羥基發生吸水作用,使纖維潤脹（圖2B）。當纖維素分子相互靠近時,相鄰兩個分子中的羥基氧原子通過水橋把水分子拉在一起（圖2C）,這就是紙漿用簾子撈出并濾去多余水分后,簾子上所形成濕紙層的內部狀態。由于水橋的作用力不強,因此濕紙層的物理強度不大。濕紙層烘干后,纖維素分子間直接形成氫鍵（圖2D）,纖維素分子相互緊密交結,成為具有一定強度的紙張。
二、工業造紙工藝簡介
現代工業造紙工藝包括制漿、調制、抄造、加工等主要步驟。
1.制漿
制漿為造紙的第一步,是將木材轉變成紙漿,使纖維分離。常用方法有機械制漿法、化學制漿法和半化學制漿法。其中,化學制漿法是用化學藥品的水溶液在一定溫度和壓力下處理植物纖維原料,將原料中的木素和果膠以及油脂、樹脂等溶出,并盡可能地保留纖維素和不同程度地保留半纖維素,使原料纖維彼此分離成漿。我國制漿工業主要采用堿法制漿,用堿性化學試劑的水溶液處理植物纖維原料。常用的堿性化學試劑有NaOH以及NaOHNa2S。
2.調制
這是造紙的另一重要步驟,目的是調整產品紙張的強度、色調、印刷性和保存期限,一般可分為散漿 、打漿、施膠與加填等步驟。以打漿為例,其原理是用機械力將纖維細胞壁和纖維束打碎,并將過長的纖維切短,以使纖維素潤脹和細纖維化,更多的羥基暴露出來形成氫鍵,提高纖維的柔軟性和可塑性。
3.抄造
這一步驟是使稀的紙料均勻地交織,并脫水,最后得到紙張。將紙漿和輔料分散于水懸浮液中,然后在紙機網上成形,經壓榨、干燥而抄成紙的方法稱為濕法抄紙。近明出干法抄造工藝,使用膠黏劑將纖維黏結在一起,可以保證成紙的強度。
三、香蕉皮的組成及處理原理
香蕉皮所含主要成分為纖維素（58.5%～76.1%）、半纖維素（28.5%～22.9%）、木質素（4.8%～6.13%）,還有果膠及樹脂等。用香蕉皮造紙,利用的是它含有的纖維素,其他非纖維素成分對會對紙的質量產生不良影響,所以都需要除去。堿法蒸煮的主要目的是利用堿性化學試劑盡可能地除去纖維原料中的木質素,半纖維素及果膠也可與堿發生反應,此外樹脂、蠟、脂肪等也因發生皂化反應而脫除。下面介紹利用氫氧化鈉去除木質素、半纖維素及果膠這三類主要雜質的原理。
1.去除木質素
木質素是由4種醇單體（對香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇）形成的芳香族高分子聚合物,在無機酸中穩定性高。有時會發生縮聚反應,呈三維網狀空間結構。木質素的存在可大大降低紙的強度和壽命,而且它很易氧化形成色素,使紙張老化、變色并發脆。氫氧化鈉與木質素作用,使木質素分子鏈中的氧橋斷裂,產生具有酸性的酚羥基,其可形成鈉鹽,溶于堿液中,從而得以去除。以愈創木基木質素為例,堿處理反應為：
2.去除半纖維素
半纖維素是能溶于稀堿的低分子量聚糖類物質。紙漿中半纖維素的含量增大會降低產品紙的機械強度,但半纖維素在水中的潤脹性能好,有利于打漿,所以在工業制漿過程中需適當保留半纖維素。半纖維素可溶于燒堿溶液,比纖維素更易水解,在燒堿溶液中徹底水解后可得到戊糖、己糖以及某些戊糖和己糖的衍生物等。以聚木糖為例,堿處理反應為：
3.去除果膠
果膠是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α1,4糖苷鍵聚合而成的多糖物質,多以難溶性的鈣鹽、鎂鹽或酯類形式存在。果膠如不除去,會使纖維粗硬或成束。堿液可使果膠酸的鈣鹽、鎂鹽水解為可溶性果膠酸鈉鹽而除去,也可通過使果膠大分子斷裂而除去。以酯類形式存在的果膠為例,其溶于堿的反應為：
四、香蕉皮造紙學生實驗方案
1.實驗目的
（1）了解造紙工業中堿煮工藝的化學原理。
（2）體驗造紙的基本過程,熟悉造紙的基本方法。
（3）學習打漿機的操作方法和金屬網的使用技巧。
（4）建立環保意識,體會充分利用資源的重要性。
2.儀器和藥品
儀器：家用打漿機（奶昔機）,600目金屬篩網,電熱烘箱,燒杯,玻璃棒,電熱套。
藥品：半熟香蕉皮,40%氫氧化鈉溶液,pH試紙。
3.實驗步驟
（1）切分：取80 g新鮮香蕉皮,切分至盡量小的碎塊。
（2）打漿：向香蕉皮碎塊中加入水,至剛好浸沒過碎塊。用打漿機打漿3～5 min,至呈可緩慢流動的漿液狀。
（3）堿煮：將漿液與濃度為40%的氫氧化鈉溶液等體積混合,加熱煮沸90 min以上。
（4）過濾：用600目金屬篩網（大于100目即可）過濾,所得不溶物質的主要成分即為纖維素。
（5）洗滌：用清水沖洗金屬篩網中的纖維,至纖維的pH為中性。
（6）浸潤：將洗滌后的纖維連同篩網在清水中浸泡8～10 min,使纖維潤脹并洗去殘余的金屬離子。
（7）上網：將浸潤后的纖維漿液搖勻,使其均勻地平鋪在金屬篩網上,厚度以可完全覆蓋住金屬篩網的網眼為宜。注意厚度不宜過小,否則不能成片。也不易過大,否則較難干燥。
（8）干燥：將平鋪均勻的纖維漿液置于電熱培養烘箱中,50℃下干燥60～70 min,即得到紙片。
4．說明
（1）筆者根據已有的工業制紙方法及可食性膳食纖維紙的制備方法反復進行實驗,摸索藥品試劑的用量、每個實驗步驟所需的時間及其他實驗條件,最后總結出以上利用香蕉皮制紙的簡易實驗方案。
（2）本法制得的香蕉纖維紙呈淺灰色,基本具備了紙張的功能,可折疊而不斷裂,可流暢地在上面書寫。但書寫力度過大會導致紙張破裂,用力拉扯也可使其斷裂。
（3）提高產品紙張質量的方法
① 去除表面殘留的膠質
可在堿煮之前采用果膠酶預先去除果膠：將果膠酶與香蕉皮漿液以1:10的比例混合,在pH為7,溫度為55℃的條件下水浴加熱1 h。
② 提高白度
提高堿液濃度,延長堿煮時間,可提高白度。也可以在堿煮后向漿液中加入次氯酸鈉進行漂白。
③提高柔軟度和強度
打漿時使漿液盡量細,可提高柔軟度?？刂七m宜的干燥時間,時間太短干燥不充分,不能成紙。而時間過長紙張含水量會過低,強度較差,柔軟度也差?？杉尤朐鰪妱┨岣邚姸?如加入聚丙烯酰胺和改性三聚氰胺甲醛樹脂。
參考文獻
[1] 潘吉星.中國造紙史[M].上海：上海人民出版社,2009
[2] 王忠厚.制漿造紙工藝（第二版）[M].北京：中國輕工業出版社,2007
[3] 祝光制漿造紙技術基礎[M]．黑龍江：哈爾濱工程大學出版社,2008
[4] 柳新燕.香蕉纖維的性能與開發利用分析[J].上海紡織科技,1997,5：11
[5] 王拓一.可食性果蔬膳食纖維紙的制備方法[P].專利號200810136829
