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什么是联合预处理技术

来源:生物质颗粒燃料厂家中腾燃料发布时间:2019-12-09 10:24人气:

单一的预处理技术都存在不足之处,会限制其应用,通过联合不同预处理技 术,提高产糖效率、减少抑制物的生成、缩短预处理时间有望克服以上难题。

(1)碱-酸联合预处理技术
酸预处理水解半纤维素并提高纤维素的表面积,但酸预处理需要消耗大量的酸,如用乙 酸进行预处理需要生物质干重50%的乙酸才能达到较好的效果,在进行酸预处理之前先去 除部分木质素,可以降低酸的用量。碱法预处理可以去除木质纤维素中的木质素,因此碱- 酸联合预处理有望提高效率。釆用碱-酸联合预处理甘蔗渣可以在温和条件下进行,先用 10%的NaOH按固液比1 : 3在90°C处理1. 5h,之后用10%的过氧乙酸在75°C处理6. 5h0 预处理后的甘蔗渣经酶解还原糖的产率达到92%,与单独的碱预处理及酸预处理比较,碱- 酸联合预处理可以在温和条件下进行,并且提供脱除木质素的效率,降低碳水化合物的 降解。

(2)碱-离子液体联合预处理
结合碱去除木质素的能力及离子液体溶解木质纤维素的能力,Nguyen等釆用氨-乙基甲 基咪哩醋酸盐离子液体联合预处理稻壳,纤维素的回收率和葡萄糖的产率高于单独用氨处理 或离子液体处理的结果,这个过程可以减少溶解时间,降低水解过程中酶的用量,提高离子 液体的回收率。

(3)稀酸-蒸汽爆破联合预处理
耦合稀酸预处理与蒸汽爆破预处理可以提高糖化效率,第一步稀酸水解可以提高木糖的 转化率,第二步的蒸汽爆破进一步破坏木质纤维素的结构。Cheng等研究了稀酸-蒸汽爆破 联合预处理方法对稻壳预处理的效果,首先用2%的H2SO4在165°C处理2min,之后在 180°C进行蒸汽爆破处理20mino经这两步预处理,提高了木糖产率,降低了抑制物的生成, 其中有75. 9%的木聚糖及77. 1%的葡聚糖分别转化为木糖和葡萄糖。

(4)超临界CO蒸汽爆破联合预处理
Alinia等联合超临界CO2和蒸汽爆破的方式对小麦秸秆进行了预处理,先注入蒸汽 (200°C, 15min)之后再进行超临界CO2爆破,其效果明显优于单独使用超临界CC^预处 理,可以将还原糖的产率从149. lg/kg小麦秸秆提高到234. 6g/kg;研究结果还表明在进行 超临界CO?预处理前将样品润湿,可以将还原糖产率提升至208.4g/kg,证明润湿过程对 预处理有很大作用。

(5)生物-有机溶剂联合预处理
Monrroy等研究了生物-有机溶剂对木屑的预处理的综合效果,先用褐腐真菌对木屑预 处理3周,之后用乙醇/水混合溶剂去除木质素。结果表明用生物-有机溶剂预处理后得到的 生物乙醇的产率与单独使用有机溶剂预处理的产率一致,但先经过生物预处理后,后续的有 机溶剂预处理发生在更加温和的条件下。对棒木的联合预处理也得到同样结论,与单独乙醇 溶剂预处理相比,白腐真菌-乙醇联合预处理可以增加1.6倍的预处理效率,并降低15%的 电能消耗。
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(6)生物稀酸联合预处理
通常情况下,稀酸预处理可以溶解半纤维素,用真菌进行的生物预处理可以在温和条件 下破坏木质素-半纤维素之间的连接,但两种方法都存在各自的缺陷,酸预处理需要高的能 量投入、环境不友好、高压条件;生物预处理耗时长,经济效率低。针对以上问题,Fuying 等釆用生物-稀酸预处理方法以提高水葫芦的酶水解效率。

(7)生物-蒸汽爆破联合预处理
Taniguchi等研究比较了四种白腐真菌对稻壳的预处理效果,其中P・ostreatus对木质 素的去除效果最好,但对纤维素、半纤维素的降解效果不理想。为了降低在长时间预处理过 程中(60天)纤维素的损失并提高预处理效果,将生物预处理和蒸汽爆破进行联用。联合 预处理技术可以显著地减少预处理的时间,从60天减少到36天,同时总葡萄糖产率保持 不变。

(8)微波-碱联合预处理
微波辐射加热方式可以加快化学反应速率,并在生物质颗粒中产生爆破效果。用微波辐 射加热代替传统加热方式对柳枝进行碱预处理,在最佳温度190°C,固含量为50g/L条件下 处理30min后糖的产率达到58. 7g/100g生物质。Zhu等研究比较了微波-碱联合预处理与传 统碱预处理对小麦秸秆的预处理效果,经两种方法预处理后,纤维素含量分别为79. 6%和73.5%,木质素含量分别为5.7%和7.2%,半纤维素含量分别为7.8%和11.2%,反应时 间分别为25min和60min,联合预处理缩短时间,提高半纤维素和木质素的去除率。

(9)稀酸-微波联合预处理
采用稀酸-微波联合预处理对甘蔗渣进行预处理,将10g甘蔗渣浸泡在200mL稀硫酸 中,用微波加热至不同温度处理一段时间,在190°C时,甘蔗渣组分发生最大程度的分离和 膨胀,半纤维素完全分解,延长预处理时间对结果影响不大。

(10)离子液体-超声联合预处理
用超声预处理代替传统加热预处理可以提高糖化效率。Ninomiya等联合超声和四种离 子液体进行预处理。用离子液体在传统加热法110°C下处理20min,纤维素糖化产率达到 20%,釆用离子液体-超声预处理,25°C下处理120min,还原糖产率达到60%〜95%。后者 相对于前者处理效率明显改善。

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