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棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述摘要乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。
我国目前燃料乙醇生产的主要原料是陈化粮，但我国陈化粮可用于燃料乙醇生产的量十分有限。
棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素和其它灰分等组成，经过预处理、发酵和脱水可生成燃料乙醇，在能源急剧短缺的今天，丰富而又可再生的棉花秸秆已经备受关注。
纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤，该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。
本文总结了纤维质材料预处理的各种方法，对各种方法的优缺点进行了综述和分析，并对生物质预处理技术发展的前景进行了展望。
关键词：棉花秸秆；预处理；生物乙醇RESEARCH ON PRETREATMENT OF COTTON STALK FORBIOETHANOL PRODUCTIONABSTRACTEthanol is promising alternative energy source for the limited crude oil. Ethanol mainly comes from aged grain in our country.However, the aged grain which is used to produce ethanol is lim-ited. Cotton stalk is composed of cellulose, hemicellulose, lignin and solvent extractives. Ethanol can be obtained by pretreatment, fermentation and dehydration of cotton stra-w. In the current circumstances of energy shortage, abundant and renewable cotton str-aw has caused widespread concern.Petreatment, the critical technology for transformation of lignocellulosic materials to ethanol, can significantly enhance the hydrolysis of cellulose, and then reduce the cost of ethanol production. Progress in research and development of pretreatment is re-viewed in this paper, and the advantages and disadvantages of different methods of pretreatment a-re summarized and analyzed in detail. The prospect of pretreatment is also discussed.KEY WORDS: Cotton stalk; Pretreatment; Bioethanol第一章文献综述1.1 前言能源是当今社会赖以生存和发展的基础。
《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着化石资源的日益减少，全球的注意力已经转向可再生生物质资源。
木质纤维素类生物质作为一类重要的可再生资源，其利用和开发具有巨大的潜力。
预处理和酶解糖化是木质纤维素生物质转化为生物能源和生物基化学品的关键步骤。
本文旨在研究不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化的过程，为实际应用提供理论依据。
二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件1. 预处理方法的分类预处理方法主要分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法等。
不同预处理方法的效果受到原料类型、处理条件等多种因素的影响。
2. 具体预处理条件（1）物理法：如机械破碎、蒸汽爆破等，通过改变纤维素的结晶度、孔隙结构等，提高酶解效率。
（2）化学法：如稀酸、稀碱等预处理方法，通过改变木质素的性质，提高纤维素的可及性。
其中，稀酸预处理是最常用的方法之一，其条件包括酸浓度、温度、时间等。
（3）物理化学法：如氨纤维爆破等，结合了物理和化学的作用，有效提高纤维素的利用率。
（4）生物法：如通过白腐菌等微生物进行预处理，分解部分木质素和半纤维素，从而提高纤维素的可利用性。
三、酶解糖化研究酶解糖化过程中主要涉及的是纤维素酶对纤维素的作用。
在这一过程中，纤维素被分解成葡萄糖等单糖。
这一过程的效率和效果受到多种因素的影响，包括温度、pH值、酶浓度等。
同时，生物质的组成和预处理方法也会影响酶解糖化的效果。
四、实验设计及结果分析本文选择了几种典型的木质纤维素类生物质进行预处理和酶解糖化的研究。
包括小麦秸秆、玉米秸秆、木质废料等。
实验过程中，首先进行预处理，然后通过测定预处理后生物质的组成、结构和性质的变化，来优化预处理的条件。
随后进行酶解糖化的实验，记录酶解的时间、单糖的产量等数据。
实验结果表明，不同的预处理方法对生物质的酶解糖化效果有显著影响。
其中，稀酸预处理在适当的条件下可以显著提高酶解糖化的效率。
同时，不同的生物质类型对酶解糖化的效果也有影响，如木质废料的酶解糖化效果通常优于小麦秸秆和玉米秸秆。
新疆棉花秸秆生物转化、高效利用项目可行性研究报告目录概要： (3)一、总论 (12)（一）项目背景 (12)1.棉花秸秆饲料项目 (12)2食用菌项目 (14)3、生物菌肥项目 (16)（二）项目实施必要性 (17)二、项目技术先进性分析 (21)（一）项目主要创新点 (21)（二）知识产权状况 (22)（三）技术论述 (22)三产品的市场调查与竞争力预测 (26)（一）生物饲料项目市场调查与竞争力分析 (26)（二）食用菌项目的市场调查与竞争力分析 (30)（三）生物肥料的市场调查与竞争力分析 (31)四项目组织实施方案 (35)（一）参加单位承担的具体工作任务和分工 (35)（二）项目的设备和原辅料来源 (36)（三）“三废”处理和节能措施和方案 (36)（四）项目实施实践计划 (39)五、产品方案和投资预算 (40)（一）产品方案 (40)（二）投资预算 (40)（三）资金筹措方案 (41)六、经济效益和社会效益分析 (43)（一）成本分析 (43)（二）销售收入预测 (45)（三）主要经济指标 (46)（四）社会效益分析 (46)附件 (48)附件1：项目建筑工程投入预算............................................................................... 附件2：项目主要设备估算....................................................................................... 附件3：固定资产折旧费和无形资产及递延资产摊销估算表............................... 附件4：单位产品成本测算表................................................................................... 附件5：融资项目产品总成本................................................................................... 附件6：成本费用估算表........................................................................................... 附件7：销售收入及税金估算表............................................................................... 附件8：利润与利润分配表....................................................................................... 附件9：投资项目指标估算表...................................................................................新疆棉花秸秆生物转化、高效利用项目概要：新疆是我国的主要产棉区，棉花种植面积达到2300万亩，年产棉花秸秆1000万吨以上。
万吨级秸秆糖化和生物合成技术路线随着全球能源需求的不断增长和传统能源资源的日益紧缺，生物能源逐渐成为了人们的关注焦点。
秸秆作为一种丰富的农业废弃物，具有庞大的潜在能量价值。
因此，开发利用秸秆资源成为了当前研究的热点之一。
万吨级秸秆糖化和生物合成技术路线正是在这个背景下应运而生的重要技术。
首先，万吨级秸秆糖化技术是将秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素等复杂多糖转化为简单糖分子的过程。
这一步骤的关键在于糖化剂的选择和糖化条件的优化。
常见的糖化剂有酸类、酶类和化学溶剂等，其中酶类糖化剂具有较高的效率和较低的环境影响，并且能够针对不同类型的秸秆进行定制化处理。
优化糖化条件包括温度、pH值、反应时间等方面的调控，以最大程度地提高糖化效率。
其次，经过糖化处理后得到的糖液需要进一步进行生物合成。
万吨级秸秆生物合成技术路线主要包括发酵和化学催化两个部分。
发酵过程中，将糖液中的糖分子转化为乙醇、丁醇、丁二醇等有机物。
常用的发酵微生物包括酵母菌、乳酸菌等，通过调控发酵条件和微生物的选用，可以实现高效、稳定的发酵产物生成。
化学催化部分则是通过催化剂的作用，将糖液中的糖分子转化为烃类化合物，如乙醇、丁烯、丁二烯等。
催化剂的选择和反应条件的优化对于提高产物选择性和转化率至关重要。
万吨级秸秆糖化和生物合成技术路线的研究与开发具有重要的应用价值和战略意义。
首先，秸秆糖化和生物合成技术能够充分利用农业废弃物资源，减少环境污染和土地浪费。
其次，生物能源的利用能够有效降低对传统能源的依赖，缓解能源短缺问题。
此外，糖化和生物合成技术还可以产生可再生的生物化工产品，如生物塑料、生物柴油等，为可持续发展做出贡献。
然而，万吨级秸秆糖化和生物合成技术路线仍面临一些挑战和问题。
首先，糖化和生物合成的过程涉及到复杂的化学和生物学反应，需要精确控制参数和条件，增加了工艺的难度和成本。
此外，秸秆作为一种复杂的生物质材料，其化学成分的差异性和不均一性也给糖化和生物合成过程带来了一定的难度。
秸秆生物饲料可行性研究报告一、秸秆生物饲料的生产技术当前，将秸秆转化为生物饲料的技术主要包括生物降解、发酵和添加副产品等步骤。
首先，利用生物降解技术将秸秆中的纤维素、半纤维素等难降解物质转化为易消化的饲料成分，如木聚糖酶、纤维素等酶可有效降解秸秆纤维素；其次，通过发酵技术将降解后的秸秆进行发酵处理，产生丰富的维生素、氨基酸、矿物质等营养成分，提高饲料的营养价值；最后，添加适量的副产品，如豆粕、玉米面等，调配成含有一定比例的蛋白质、碳水化合物和脂肪等营养成分的饲料。
二、秸秆生物饲料的优势1. 资源丰富：农田秸秆作为农业废弃物，广泛分布且数量大，如果能有效利用，将大大减轻其对环境的压力。
2. 营养丰富：秸秆经过生物降解和发酵后，营养成分大大提高，可以满足畜禽对蛋白质、碳水化合物和矿物质的需求。
3. 降低成本：利用秸秆生产饲料相比传统饲料生产，成本更低，可有效节约养殖成本。
4. 增加效益：秸秆生物饲料既可以提高畜禽的生长速度和产量，又可以改善肉质和蛋品质，提高养殖效益。
三、秸秆生物饲料的应用前景随着人们对高品质、安全的食品需求不断增加，生物饲料作为一种绿色、低碳、高效的饲料形式，具有巨大市场潜力。
在未来，秸秆生物饲料有望成为畜禽养殖业的主要饲料来源，实现资源的循环利用和环境保护的双重目标。
四、建议1. 加强科研力量，不断优化生物饲料生产技术，提高饲料的品质和营养成分。
2. 建立健全的秸秆收集、加工和销售体系，确保生物饲料的稳定供应。
3. 政府应出台支持政策，鼓励畜禽养殖户使用生物饲料，促进其产业化发展。
综上所述，利用秸秆生产生物饲料具有明显的优势和巨大的市场潜力，是一种可行的发展方向。
各方应共同努力，推动秸秆生物饲料产业的发展，为农业生态环境保护和养殖业发展做出贡献。
植物纤维素原料的生物转化与利用2010-03-24植物纤维原料是廉价的可再生资源，我国每年仅农作物秸杆就有7亿多吨，加上数量巨大的工业纤维废渣及城市纤维垃圾，每年可利用的木质纤维原料总量可达20亿t以上。
目前，这些资源不但大部分没有得到合理利用，反而常常造成环境污染。
植物纤维原料中纤维素占干重的35%-45%，半纤维素占20%-40%，采用适宜技术可将它们水解成己糖和戊糖，并进一步转化为乙醇、丁醇、有机酸等重要的工业产品。
这方面的研究成果对于改变传统发酵工业以糖或粮食为主要原料的生产模式，解决人类当前面临的资源及能源供应紧张、环境污染日趋严重等重大问题，具有十分重要的意义。
植物纤维原料生物转化利用的关键技术包括：纤维素酶的生产，纤维原料的预处理，纤维素的酶解糖化，以及利用己糖、戊糖进行微生物发酵等。
1 纤维素酶的生产纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，可广泛应用于棉织物生物整理、饲料工业、植物中药成分提取、纤维素的糖化等众多领域。
近年来，纤维素酶在生物质能源工程中的应用备受关注。
纤维素酶是一种复合酶，它主要包括内切型-β-葡聚糖酶，外切型-β-葡聚糖酶和纤维二糖酶等组分。
在降解纤维素的过程中，需要不同组分之间的协同作用。
目前用于生产纤维素酶的菌种大多是里氏木霉(Trichoderma reesei)的变异株，这些菌株生产的纤维素酶蛋白的比活力较低，尤其是纤维二糖酶的活力明显不足。
依靠基因重组技术构建新的产酶菌株，有可能大幅度提高纤维素酶的生产效率。
近年来，笔者在纤维素酶生产菌株的基因重组方面做了大量的研究工作，已从黑曲霉(Aspergillus niger)菌丝细胞中克隆到纤维二糖酶基因，从来自食草动物肠胃的厌氧真菌中克隆到比活力较高的内切型纤维素酶基因，并进一步通过转基因的方法，将目的基因导人里氏木霉菌丝细胞。
这一研究工作得到了国家科技支撑项目基金的资助，目前已取得长足的进展。
通常采用纤维素为里氏木霉合成纤维素酶的碳源及诱导物。
ATE我国的秸秆资源十分丰富，2007年总产量达6×104t 。
农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等成分组成，其中木质素是一种水不溶性、无规则、高度分支的高分子聚合物，通常与半纤维素以嵌合体的形式存在，包围或粘合纤维素。
纤维素是由糖苷键结合而成的多糖类物质，其分子中的羟基易与分子内或分子间的含氧基团形成氢键，使多个纤维素分子共同组成结晶结构，进而形成复杂的微纤维、结晶区和无定形区等纤维素聚合物。
这种高度有序地结晶结构使纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性[1]。
秸秆属于可再生的生物质资源，其中蕴藏了丰富的能量，作物光合作用生物产量的50%都存在于其中，是发酵制取乙醇、沼气、单细胞蛋白等来源最丰富的原料之一，但秸秆预处理技术的不成熟已成为限制秸秆高值转化利用的瓶颈。
已有的研究结果表明，影响秸秆生物转化效率的因素主要有：秸秆表层蜡质的保护作用；木质素和半纤维素的空间障碍效应；纤维素的高结晶度和聚合度。
因此，要充分有效利用农作物秸秆资源，就必须对秸秆进行预处理，以破坏秸秆的表层蜡质、木质素-半纤维素的共价结合、纤维素的结晶结构等，使纤维素与木质素及半纤维素相互分离，降低纤维素的聚合度，增加纤维素分子与微生物或酶的接触概率，实现提高秸秆生物转化效率的目的[2]。
１秸秆预处理方法目前，秸秆纤维素生物转化的预处理方法可分为物理法、化学法、生物法和物理—化学法。
1.1物理法秸秆的物理法处理主要是利用机械、加热等手段改变其外部形态或内部组织结构，以增加秸秆的表面积，提高秸秆内部成分与微生物的接触概率。
简易的机械处理（如粉碎、研磨等）只可破坏秸秆的外部形态，而对秸秆内部组织结构的破坏程度较轻，因此并未从根本上解决秸秆生物转化难以利用的问题。
秸秆的膨化处理能显著提高秸秆作为饲料的消化率，但其昂贵的设备投资限制了其在实际生产中的推广应用[3]。
秸秆蒸汽爆破预处理是利用其在高温高压蒸汽蒸煮过程中产生酸性物质，使秸秆半纤维素降解成可溶性糖，复合胞间层的木质素发生软化和部分降解，秸秆内部成分间的粘结力被削弱，然后瞬间降压对秸秆进行爆破，使秸秆中纤维素的活性基团更多暴露出来，从而有利于纤维素酶的充分接触[4]。
对白杨、麦草、剑麻等原料进行预处理的实验结果显示，相对于机械预处理法，蒸汽爆破可较好地实现纤维素与木质素和半纤维素的分离，提高纤维素生物转化率[5]。
蒸汽爆破技术具有耗时短、化学试剂用量少、无污染等特点，但其设备投入大且会产生对微生物有抑制作用的物质[6]。
秸秆的热液处理是将其置于高压状态的热水中，加速其内部热水的渗透，溶解半纤维素，消除其对纤维素酶的空间阻碍，提高纤维素的酶解效率。
对小麦秸秆热液处理的研究结果显示，其细胞壁中的纤维状结构并未改变，但导致了蜡质层的脱除和部分半纤维素的溶解。
该预处理方法不会产生抑制秸秆后续生物转化的物质，但需维持pH 值在5.0~7.0，以控制预处理过程中的化学反应[7]。
秸秆纤维素生物转化预处理方法研究进展四川大学轻纺与食品学院李海涛姚开贾冬英何强摘要秸秆预处理效果直接影响其进一步的合理有效利用。
分析了影响秸秆生物转化效率的主要因素，综述了秸秆处理的不同方法与特点，展望了秸秆预处理技术研究的发展趋势。
关键词秸秆预处理技术生物转化研究进展doi:10.3969/j.issn.1673-887X.2010.07.001中图分类号S318文献标志码A文章编号：1673-887X(2010)07-0004-03[收稿日期]2010-06-30[邮编]610065[基金项目]200803033-A004C[作者简介]李海涛（1985－），男，河南永城人，硕士研究生，主要从事食物资源化学研究。
理论研究042010.07B总第194期AGRICULTURAL TECHNOLOGY &EQUIPMENT秸秆的辐照处理原理是在有氧条件下，纤维素辐照处理时形成的自由基会与氧生成超氧自由基，从而破坏纤维素分子内或分子间氢键，导致纤维素的聚合度下降、结构变松散，提高纤维素酶与纤维素的接触概率。
利用电子束处理稻草的研究结果表明，其纤维素酶解后的葡萄糖得率达到52.1%，较之未预处理的样品提高约30%[8]。
由于成本问题，辐照预处理秸秆技术目前还仅局限于实验阶段。
秸秆的微波处理是利用微波作用于物料中的极性分子，使这些分子由于电场方向的变化而产生摆振，促使分子间急剧碰撞摩擦而产生热量，导致纤维素分子内或分子间氢键的断裂，结晶结构被破坏，增加微生物或酶作用于纤维素的概率。
研究结果显示，微波预处理后稻草秸秆的纤维素和半纤维素的利用率分别提高了30.6%、43.3%[9]，但该方法的实际应用还需进一步的研究。
2.2化学法化学法是使用酸、碱、有机溶剂等作用于秸秆，破坏其细胞壁中木质素与半纤维素间的共价键，断裂纤维素分子内或分子间氢键，改变纤维素的结晶结构，增加纤维素与微生物或酶的接触概率，从而提高秸秆后续发酵产乙醇、沼气及单细胞蛋白的效率。
浓酸对秸秆有较强的水解能力，但因其对反应容器的耐腐蚀性要求较高，故实际应用较少。
稀酸预处理后秸秆的纤维素水解率有所提高，但包裹纤维素的木质素依然存在，秸秆的结构仍然较为紧密，且处理后的秸秆发酵时还需进行酸的中和处理[10]。
稀碱（NaOH ）处理后玉米秸秆的厌氧发酵研究结果表明，其细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化，分别有53.2％、46.9％和66.6％的木质素、纤维素和半纤维素被分解，其中大部分转化成易被微生物利用的可溶性物质[11]，但同样存在碱的中和及环境污染等问题。
采用Ca(OH)2代替NaOH 对小麦秸秆进行预处理实验的结果表明，其酶解效率可显著提高[12]。
预处理后的秸秆中通入CO 2，生成的CaCO 3煅烧为CaO ，可循环利用，减少污染。
有机溶剂预处理秸秆可破坏其表层的蜡质及木质素与半纤维素间的共价键，实现纤维素与木质素和半纤维素的分离。
利用大气—水—甘油自催化有机溶剂处理小麦秸秆的试验结果表明，其中70%的半纤维素和65%的木质素被溶解，98%的纤维素被保留，预处理后秸秆纤维素的酶解率达到90%左右[13]。
用乙醚、氯仿、正己烷3种有机溶剂分别对秸秆进行预处理，探讨秸秆表层蜡质对其微生物降解速率影响的结果表明，预处理后秸秆的生物降解速率明显提高，其中正己烷的效果最好[14]。
有机溶剂处理法的效果较好，但溶剂回收的成本较高。
氧化法预处理秸秆的原理是利用氧化物（如臭氧、过氧化氢、氯气等）使秸秆发生氧化脱木质素反应，破坏木质素与半纤维素间的共价键，实现木质素和半纤维素与纤维素的分离，提高秸秆中纤维素的生物转化率。
臭氧处理可在常温常压下进行，去除木质素的效率高，不产生对后续发酵或酶解过程有抑制作用的物质，但消耗大量臭氧的成本较高[15]。
2.3生物法某些微生物（如软腐真菌、褐腐真菌、白腐真菌等）或酶可降解秸秆中的木质素和半纤维素，破坏木质素-半纤维素对纤维素的包裹，提高秸秆纤维素的生物转化效率。
利用白腐真菌预处理后的稻草秸秆进行甲烷发酵实验的结果表明，其木质素含量降低，甲烷产量显著提高，发酵周期缩短[16]。
利用白腐真菌预处理后的棉秆进行燃料乙醇制备实验的结果表明，其木质素含量在液体和固体2种不同培养方式下分别降解了19.38%和35.53%，燃料乙醇产量较之未预处理的对照组均显著提高[17]。
生物法预处理秸秆的反应条件温和，副反应和抑制性产物少，但其降解木质素和半纤维素的同时，会损失部分纤维素。
近年来，应用于秸秆预处理的复合菌制剂研发渐成热点。
以复合菌剂预处理后玉米秸秆为原料的沼气发酵产气量较之未预处理的对照组提高29.54%[18]。
此外，复合菌剂的作用还可破坏秸秆表层的蜡质，使之软化疏松，有利于其内在成分的进一步生物转化，且污染程度轻，真正实现秸秆资源的可持续利用。
然而，秸秆大规模的生物法预处理尚存在菌株生长不均匀、温度难以严格控制、耗时较长等问题[19]。
2.4物理—化学法由于秸秆预处理的各种方法都存在一定的缺陷，因此新的方法更倾向于采用物理法与化学法相结合的技术。
采用物理法预处理秸秆的过程中，加入适当的化学试剂，可以降低其处理剂量，减轻污染，缩短其处理时间。
氨爆破预处理技术是在较低的温度和压力下，秸秆于氨溶液中处理一定时间，然后突然释压使氨蒸发，造成的温度剧变使秸秆原有的结构被破坏，从而增加秸秆纤维素与微生物或酶的接触概率。
与蒸汽爆破相比，氨爆破预处理秸秆技术可去除部分木质素，半纤维素和纤维素被充分05ATE保留，设备要求和能耗较低，不产生对微生物有抑制作用的物质，但需考虑氨的有效回收问题[20]。
比较CO 2爆破、蒸汽爆破和氨爆破技术在回收废纸、甘蔗渣和废纸二次制浆废弃物处理中的应用结果显示，CO 2爆破处理技术的经济性最好[21]。
利用超临界CO 2对白杨木和南方黄松木预处理后的酶解特性研究结果表明，其发酵产糖量较之对照组有明显提高[22]。
经体积分数为1%的NaOH 溶液浸泡过的粉碎秸秆，其纤维素的生物转化率可显著提高。
将秸秆粉碎后再进行氨爆破处理，其内部表面积显著增加，有利于提高秸秆内在成分的生物转化率[23]。
３问题与展望秸秆预处理是其资源化有效利用的必经途径，不同的技术或方法各有其特点，但其实际应用都存在或多或少的问题。
开发高效率、低能耗、无污染、适用性强、多技术集成的新型秸秆预处理技术，将是其发展趋势。
同时，还需深入研究秸秆预处理过程中的物理化学反应机理，探索建立有效的秸秆预处理模型。
以上问题的解决必将推进秸秆资源的合理有效利用。
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