木质纤维素预处理技术研究进展

木质纤维素化学方法预处理木质纤维素是一种重要的生物质资源，具有丰富的可再生特性和广泛的应用前景。

然而，由于其独特的结构和复杂的化学成分，木质纤维素在直接利用前需要进行预处理，以提高其可转化性和降低生产成本。

在本文中，我们将介绍常见的木质纤维素化学方法预处理技术，并讨论其优点和应用领域。

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。

纤维素是最主要的组分，占据了40%至50%的木质纤维素总质量。

半纤维素和木质素的含量较低，但对木质纤维素的结构和特性有着重要的影响。

因此，木质纤维素的化学方法预处理通常包括对纤维素、半纤维素和木质素进行分离和降解。

最常用的木质纤维素化学方法预处理技术之一是酸处理。

酸处理可以将纤维素酸解为可溶性纤维素和不溶性纤维素，从而降低木质纤维素的结晶度和分子量，提高其可转化性。

酸处理通常使用硫酸或盐酸作为催化剂，同时加热反应系统以促进反应进行。

酸处理的优点是操作简单、成本低廉，但其缺点是产生大量废水和酸性气体，对环境造成污染。

另一种常见的木质纤维素化学方法预处理技术是氧化处理。

氧化处理可以通过氧化剂的作用将木质纤维素部分降解为低聚糖和酚类化合物，从而降低木质纤维素的结晶度和分子量。

氧化处理通常使用过氧化氢、臭氧或高锰酸钾作为氧化剂，反应条件一般较温和。

氧化处理的优点是对环境友好，但其缺点是操作复杂、成本较高。

此外，还有其他木质纤维素化学方法预处理技术，如碱处理、酶处理和有机溶剂处理等。

碱处理可以将木质纤维素中的半纤维素部分水解为低聚糖，从而降低木质纤维素的结晶度和分子量。

酶处理可以利用纤维素酶或半纤维素酶将木质纤维素部分水解为可溶性纤维素和低聚糖，从而提高其可转化性。

有机溶剂处理可以利用有机溶剂将木质纤维素溶解或脱除，从而提高其可转化性。

这些木质纤维素化学方法预处理技术具有各自的优点和适用范围，可以根据具体情况选择合适的方法。

总之，木质纤维素化学方法预处理是提高木质纤维素可转化性和降低生产成本的重要步骤。

《纤维素-木质素衍生硬碳负极材料的制备及其储钠性能研究》篇一纤维素-木质素衍生硬碳负极材料的制备及其储钠性能研究一、引言随着能源危机与环境污染问题日益严峻，可充电电池在能量储存和能源转化方面得到了广泛的关注。

硬碳材料作为负极材料，具有稳定的结构和优良的电化学性能，是锂离子电池和钠离子电池领域的重要研究对象。

本篇论文以纤维素/木质素为原料，通过热解法合成硬碳负极材料，并对其储钠性能进行深入研究。

二、材料制备1. 材料选择与预处理本实验选择纤维素和木质素作为原料。

首先对原料进行清洗、干燥和粉碎处理，以提高其反应活性。

2. 硬碳材料的制备将预处理后的纤维素和木质素按一定比例混合，在惰性气氛下进行热解反应，制备硬碳材料。

反应温度、时间和气氛等因素对最终产品的性能有重要影响。

三、结构与性能表征1. 结构分析利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对硬碳材料的晶体结构、微观形貌和元素组成进行表征。

2. 电化学性能测试采用恒流充放电测试、循环伏安测试（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法，评估硬碳材料的储钠性能。

包括比容量、充放电效率、循环稳定性和倍率性能等方面。

四、储钠性能研究1. 硬碳材料的储钠机制硬碳材料在储钠过程中，主要通过吸附和插入两种机制实现储能。

通过对电化学性能测试数据的分析，揭示了硬碳材料在储钠过程中的反应机理。

2. 影响因素分析反应温度、时间和原料比例等因素对硬碳材料的储钠性能有显著影响。

通过优化制备条件，可以提高硬碳材料的电化学性能。

此外，通过对比不同原料配比下的硬碳材料性能，发现木质素的引入有助于提高材料的比容量和循环稳定性。

五、结论与展望本实验以纤维素/木质素为原料，通过热解法制备了硬碳负极材料，并对其储钠性能进行了深入研究。

结果表明，优化后的硬碳材料具有较高的比容量、良好的循环稳定性和倍率性能。

此外，木质素的引入有助于进一步提高材料的电化学性能。

这为硬碳材料在钠离子电池领域的应用提供了新的思路。

木质纤维素的酶解技术研究木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一，主要来源于农业废弃物（如秸秆）、林业废弃物（如木屑）以及工业废弃物（如造纸浆渣）等。

将木质纤维素转化为有用的产品，如生物燃料、生物化学品和生物材料，对于解决能源危机、环境保护和可持续发展具有重要意义。

酶解技术作为一种绿色、高效的方法，在木质纤维素的转化中发挥着关键作用。

一、木质纤维素的组成与结构木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。

纤维素是由葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性聚合物，具有较高的结晶度和分子取向性。

半纤维素是由多种不同的糖单元组成的支链聚合物，其结构较为复杂。

木质素则是一种无定形的芳香族聚合物，填充在纤维素和半纤维素之间，形成复杂的网络结构，为植物提供机械强度和抗微生物侵蚀的能力。

由于木质纤维素的复杂结构，其直接利用存在诸多困难。

纤维素的结晶区难以被水解，半纤维素的复杂结构需要特定的酶来分解，而木质素则会阻碍酶与纤维素和半纤维素的接触。

因此，在进行酶解之前，通常需要对木质纤维素进行预处理，以破坏其结构，提高酶解效率。

二、木质纤维素的预处理方法预处理的目的是降低木质纤维素的结晶度、去除木质素、增加孔隙率和表面积，从而提高酶对底物的可及性。

常见的预处理方法包括物理法、化学法和生物法。

物理法主要包括机械粉碎、微波处理和超声波处理等。

机械粉碎可以减小木质纤维素的颗粒尺寸，增加表面积，但能耗较高。

微波和超声波处理可以通过产生热效应和空化效应，破坏木质纤维素的结构，但设备成本较高。

化学法包括酸处理、碱处理和有机溶剂处理等。

酸处理可以有效地水解半纤维素，但可能会导致糖的降解和设备腐蚀。

碱处理可以去除木质素，但会产生大量的废水。

有机溶剂处理可以选择性地溶解木质素，但有机溶剂的回收和处理较为困难。

生物法主要是利用微生物或其产生的酶来分解木质素。

例如，白腐菌可以分泌木质素降解酶，对木质素进行分解，但处理周期较长。

三、酶解过程中涉及的酶酶解木质纤维素主要涉及纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶。

Vol.36，No.1，2021中国造纸学报Transactions of China Pulp and Paper低共熔溶剂在木质纤维素预处理中的应用刘苏玲张莉莉王志国*（南京林业大学轻工与食品学院，江苏南京，210037）摘要：低共熔溶剂（DES ）在木质纤维素预处理中已得到了广泛应用，取得了重要的研究进展。

本文主要介绍了DES 的物理性质及其对木质纤维素的作用机理，综述了DES 在木质纤维素预处理领域（木质素的分离，纤维素的纳米分散、衍生化及其溶解，半纤维素降解转化）的应用研究进展，总结并展望DES 在木质纤维素预处理应用中面临的机遇和挑战。

关键词：低共熔溶剂；木质纤维素；预处理中图分类号：TS721；O645.4文献标识码：ADOI ：10.11981/j.issn.1000⁃6842.2021.01.71新型绿色溶剂——低共熔溶剂（DES ）是由两种或多种不同熔点的固体、液体化合物按一定比例混合后形成的均匀混合物［1］。

不同化合物之间存在范德华力、氢键和π-π作用力等，使得化合物晶格能下降，晶格结构破坏，化合物的熔点降低而发生共熔现象，形成熔点低于其任一组分的DES 。

DES 通常由氢键供体（HBD ）和氢键受体（HBA ）组成，氯化胆碱是使用最广泛的HBA ，可从生物质中提取，其可与羧酸、酰胺、多元醇等HBD 混合形成DES ［2-3］。

DES 表现出较多类离子液体的特性，如低熔点、高溶解性、高稳定性等；但离子液体是离子化合物，DES 是离子混合物；同时，DES 成本更低、制备方法简单、无毒可降解，是更具发展前景的新型绿色溶剂［4-6］。

木质纤维素是地球上最丰富的生物质资源，主要由木质素、纤维素和半纤维素组成。

木质纤维素及其各组分可被转化为生物燃料、化学品及其他衍生产品而被应用于不同领域。

由于木质纤维素生物质在水和多数有机溶剂中溶解性较差，因此，相对于糖基生物质，木质纤维素生物质更难于被加工改造，加工技术相对落后［7］。

碱预处理木质纤维素产物我们来了解一下碱预处理的基本原理。

碱预处理是将木质纤维素暴露在碱性溶液中，通过化学反应将木质纤维素的结构破坏，使其更易于分解和提取有价值的产物。

这一过程可以在较低的温度和压力下进行，相对较为经济高效。

碱预处理木质纤维素产物的主要应用之一是生物质能源的生产。

通过碱预处理，木质纤维素的结构可以被部分破坏，使其更易于被微生物降解。

这样一来，木质纤维素可以被转化成生物气体、生物柴油等可再生能源，从而解决能源短缺和环境污染问题。

碱预处理还可以提取木质纤维素中的纤维素和半纤维素。

纤维素是一种重要的工业原料，可用于制造纸张、纺织品和建筑材料等。

半纤维素则可以被转化为高附加值的化学品，如二甲基亚砜等。

因此，碱预处理木质纤维素产物对于资源的综合利用具有重要意义。

碱预处理还可以改善木质纤维素的性质和性能。

通过破坏木质纤维素的结构，碱预处理可以增加其比表面积和孔隙度，从而增强其吸附能力和催化活性。

这使得碱预处理木质纤维素产物在环境治理和废水处理等领域具有潜在的应用前景。

在实际应用中，碱预处理木质纤维素产物还面临一些挑战和难题。

首先，碱预处理过程中产生的废液对环境造成的污染问题需要解决。

其次，碱预处理的条件和参数需要进一步优化，以提高产物的产率和质量。

此外，碱预处理的经济性和可持续性也是需要考虑的因素。

为了解决这些问题，研究人员正在不断探索新的碱预处理方法和技术。

例如，利用离子液体、微生物和酶等新型溶剂和催化剂进行碱预处理，可以提高产物的选择性和产率。

此外，采用循环利用废液和能源回收技术，可以降低碱预处理的成本和环境影响。

碱预处理木质纤维素产物具有重要的应用价值。

通过碱预处理，木质纤维素可以得到有效提取和改善，从而应用于生物质能源的生产、纤维素和半纤维素的提取以及性质和性能的改善。

然而，碱预处理木质纤维素产物还面临一些挑战和难题，需要进一步研究和探索解决方案。

相信随着科学技术的不断进步，碱预处理木质纤维素产物将在未来发展中发挥更重要的作用。

碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素类生物质近年来，生物质作为可再生资源的重要代表之一，受到了广泛关注。

然而，木质纤维素类生物质的利用受到了一些限制，其中主要的问题是纤维素的结晶性和抗生物降解性。

为了克服这些问题，研究人员开始探索使用低共熔溶剂进行预处理的方法。

低共熔溶剂是指能够与纤维素类生物质中的纤维素和木质素发生作用的溶剂，其熔点相对较低，且在一定温度下形成液态。

与传统的溶剂相比，低共熔溶剂具有较高的溶解能力和选择性，能够在较温和的条件下有效地预处理纤维素类生物质。

碱性低共熔溶剂是一种常见的低共熔溶剂，其主要成分通常是一种无机碱和有机溶剂的混合物。

碱性低共熔溶剂的优势在于其碱性能够中和纤维素中的酸性官能团，从而降低纤维素的结晶度，提高纤维素的溶解性。

此外，碱性低共熔溶剂还可以通过裂解木质素和其他非纤维素组分，提高生物质的可利用性。

在碱性低共熔溶剂预处理过程中，温度、溶剂比例、溶剂用量等参数是影响预处理效果的关键因素。

适当的温度可以加速纤维素的溶解和裂解，而过高的温度则可能导致纤维素的降解和产生副产物。

合理的溶剂比例和溶剂用量可以提高溶剂的溶解能力和选择性，从而增加纤维素的溶解度和木质素的裂解程度。

碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素类生物质的优点主要体现在两个方面。

首先，预处理可以有效地降低纤维素的结晶度和抗生物降解性，提高纤维素的可溶解性和可降解性，从而有利于后续的酶解、发酵和化学转化等工艺。

其次，预处理还可以裂解木质素和其他非纤维素组分，提高生物质的可利用性和产物的价值。

总之，碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素类生物质是一种有效的方法，可以克服纤维素的结晶性和抗生物降解性等问题，提高生物质的可利用性和产物的价值。

未来的研究还可以进一步优化预处理条件，探索新的低共熔溶剂体系，以实现对木质纤维素类生物质的高效转化。

木质纤维素预处理技术单独某一种预处理方法并非对任何原料都有较好的效果。

目前的木质纤维素预处理方法有很多种，可分为物理法、化学法、物理化学法、分步组合法和生物法几大类。

1 物理方法物理方法预处理主要是增大比表面积、孔径，降低纤维素的结晶度和聚合度。

常用的物理方法包括机械粉碎、机械挤出、高能辐射等[1] 。

1.1 机械粉碎机械粉碎即将物料切碎、碾磨处理成10〜30mm或0.2〜2mm的颗粒，比表面积增高，结晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基质浓度和酶解效率，但不能去除木质素及半纤维素。

粉碎分为干粉碎、湿粉碎，包括球磨、盘磨、辊磨、锤磨、胶体磨、机械挤出等，胶体磨适用湿物料，而球磨对干、湿物料都适合。

由于粒径与能耗相关，经济性不高，效果单一，故粉碎常与其他方法相互补充[2] 。

研究表明，甘蔗渣、麦秆经球磨与盘磨粉碎后酶解率及乙醇得率均显著提高；经宽角X 射线衍射分析，球磨主要通过降低结晶度改善酶解，而盘磨则主要依靠去纤维化。

机械挤出是一种应用前景良好的预处理新技术，处理效果受到设备尺寸及参数的影响。

物料通过挤出器时在热、混合和剪切作用下引起物理、化学性质的改变，依靠螺旋挤出转速及温度打破木质纤维结构，引发去纤维化、纤维化效应，缩短纤维长度，改善了酶对底物的可及性[1]。

1.2 高能辐射高能辐射是用高能射线如电子射线、丫射线对原料进行预处理，可使纤维素聚合度下降，降解为小纤维片段、寡葡聚糖甚至纤维二糖，使结构松散，打破纤维素晶体结构，增加反应活性。

采用丫射线辐照处理秸秆，可使纤维素酶解转化率提高至88.7%。

KIM等[3]证明电子束照射确实能增加纤维素的酶解率：稻秆用80kGy、0.12mA、1MeV 的电子束照射后酶解葡萄糖得率达52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。

2 化学方法2.1 酸预处理酸法是研究得最早、最深入的化学预处理方法，分为低温浓酸法和高温稀酸法。

低温浓酸（如72%H2SO4、41%HCI、100%TFA）处理效果通常优于高温稀酸，能溶解大部分纤维素和半纤维素，但是其毒性、腐蚀性及危害大，需要特殊的防腐反应器，酸回收难度较大，后期中和需消耗大量的碱，因此应用受到限制[2]。