秸稈類生物質預處理技術研究進展

秸稈類生物質預處理技術研究進展

隨著社會的發展，能源問題日益嚴重，使得人們開始尋求新型清潔的可再生資源來代替傳統的化石能源，生物質資源便成為其中熱門一項。而農作物秸稈作為世界上簡單易得、產量大的生物質資源，吸引了無數研究者的目光。我國秸稈資源雖然十分豐富，但利用率卻很低，大量秸稈無法被有效回收，只能就地焚燒，造成了環境污染和資源浪費。通過將秸稈制成燃料乙醇可以有效緩解這些問題。秸稈預處理技術通過對秸稈中木質纖維素進行水解來制備燃料乙醇。如今，預處理技術的不斷完善，已經從單一的方法，變為復合法，大大提高了木質纖維素的水解率與燃料乙醇的生產效率。目前世界上主要有四種預處理方法：物理法、生物法、化學法、物理-化學法。

1物理法

現在，對玉米秸稈類型的生物質物理處理主要手段有：機械粉碎(精磨)、微波處理、高能輻射等。這些方法都是為了增大木質纖維素的比表面積，減小顆粒尺寸，降低聚合度，以提高其與生物酶的反應活性。

1.1機械粉碎

機械粉碎是通過機械作用力將木質纖維素變成0.2~2mm的顆粒，機械粉碎的設備和方式有很多，如刀式粉碎、盤式粉碎、蒸汽粉碎以及球磨粉碎等。Hideno等[1]的研究結果表明利用濕法粉碎和球磨粉碎的方法能夠使水稻秸稈的酶解葡萄糖產率提升到78.5%和89.4%。Zheng等[2]改進螺桿擠壓法，在螺桿擠壓堿處理過后的玉米秸稈時，將擠壓機內的螺桿元件替換成反向元件，可以有效地去除木質素，他們通過調整機械元件的位置，達到一種組合，去除木質素的效率高于現在使用的大多數化學方法。機械粉碎的優點是操作簡單有效，但時能耗大，成本高。

1.2微波處理

微波利用介電加熱，使物料內有極分子在微波高頻電場的作用下反復快速改變其取向，相互碰撞而摩擦產生熱量，將物料能水分子等低沸點化合物去除。此外，微波輻射還可以破壞纖維素分子間的氫鍵，使其失去脹潤性，提高其的反應活性和可及性。已有許多研究是利用微波來預處理纖維素，例如Azuma等[3]利用微波在170~230℃部分降解木質素和半纖維素，增加其可及度，提高植物纖維素的酶水解率。其方法的快速便捷，但是缺點是成本高，難以大規模運用于生產。

1.3高能輻射

高能輻射是利用γ射線、電子束等進行一定時間和劑量的輻射來提高纖維素酶解效率。利用γ射線是通過60Co產生的γ射線來處理秸稈等纖維素材料，破壞物料結構，降低纖維素結晶度，從而提高酶解效率的方法。唐洪濤等[4]發現較高劑量輻照對提高玉米秸稈還原糖含量有著顯著作用，輻照500kGy的玉米秸放置20d后時酶解還原糖得率比初始提高了13.68%，達到大。在較高劑量下，輻照聯合酶解效果優于單一處理。