木质纤维素预处理方法研究进展综述

木质纤维素的降解及其降解物对相关菌抑制作用摘要由于天然纤维素具有错综复杂的结晶结构，难于降解，不能直接用来作为发酵产乙醇的原料，需经过物理、化学或生物等方法对其进行预处理。

处理过程中，除了产生作为发酵底物的糖类外，还会伴随着产生各种副产物如酸类、醛类和酚类等。

这些木质纤维素降解后的副产物对后续发酵微生物有或轻或重的抑制作用，需要通过一定的方法解除这种抑制。

本文介绍了木质纤维素组成结构、预处理方法、相关酶的作用机制以及降解物的抑制机理。

另外，根据相关研究文献，还综合阐述了各种解毒方法。

关键词：纤维素乙醇，木质素，水解物毒性AbstractAs the structure and composition of natural cellulose is extremely complicated and is hardly hydrolyzed, it can not be directly used as the resource of ethanol fermentation. Thus the feed stock must be pretreated with physic, chemic and biologic method. The hydrolyzate contains saccharide which can be substrate of ethanol fermentation. However, it can accompany with by-product such as acids, aldehydes and phenols. These side product can make the following fermentation negative effect more or less. Some methods should be used to remove the inhibition. This review presents the composition and structure of lignocellulose, the method of pretreatment, the mechanism of correlate enzymic action and the restraining mechanism of degradation. In addition, it summarizes all kinds of detoxification.keywords: cellulose ethanol, lignin, hydralyzate toxicity1.绪论随着传统的化石能源如煤、石油、天然气的大量开采以及各国对矿石燃料的大量使用，自然资源日益匮乏，发展可再生清洁能源以及保护生态坏境是人类必须积极应对的两大课题。

细菌降解木质纤维素的研究进展戴芸芸;钟卫鸿【摘要】木质纤维素结构的复杂性导致其生物降解需要多种微生物协同完成。

细菌具有生长快、结构简单、适宜酸碱性条件生长等特点，在降解木质纤维素方面具有潜在应用前景。

介绍了近年来报道的降解木质纤维素的细菌种类，综述了细菌对木质纤维素的降解机理及木质纤维素含量的测定方法。

%The biodegradation of lignocellulose needs the participation of synergism of multi-microorganisms due to its complexed natural structure.Bacteria have potential application prospects in degradation of lignocellu-lose due to their characteristics,such as rapid growth,simple structure,suitable for acid and alkaline conditions. The types of bacteria for degrading lignocellulose in recent years are introduced,and the degradation mechanism and detection methods for content of lignocellulose are summarized.【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】6页(P11-16)【关键词】细菌;木质素;纤维素;生物降解【作者】戴芸芸;钟卫鸿【作者单位】浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州 310032;浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州 310032【正文语种】中文【中图分类】TQ352.78;X172生物质作为一种可再生资源，其开发利用是解决目前人类能源危机的重要途径之一，但是其主要成分天然纤维质原料的结晶性和木质化限制了其可利用性[1]。

《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。

4种木质纤维素预处理方法的比较木质纤维素是一种重要的可再生生物质资源，具有广泛的应用前景。

然而，由于木质纤维素的天然结构复杂，存在着高度的结晶度和丰富的羟基官能团，这些特性限制了其在工业生产中的广泛应用。

因此，针对木质纤维素的预处理方法非常重要，可以改善其可溶性和可降解性，提高其利用率。

目前，常见的木质纤维素预处理方法主要包括物理研磨法、化学预处理法、生物酶处理法和离子液体处理法。

下面我将对这四种方法进行详细比较。

1.物理研磨法物理研磨法是通过机械力对木质纤维素进行破碎和分散，从而降低其结晶度和微观结构的紧密度。

常见的物理研磨方法包括超声处理、球磨、高压处理等。

物理研磨法的优点是操作简单、易于扩大规模，并且不需要使用任何化学试剂。

然而，由于木质纤维素分散性差，物理研磨法在降低结晶度和改善可降解性方面效果有限。

2.化学预处理法化学预处理法是通过使用化学试剂对木质纤维素进行化学变性，改变其物化性质。

常见的化学预处理方法包括酸处理、氧化处理、溶剂预处理等。

化学预处理法可以有效地降低木质纤维素的结晶度和分子量，提高其水解性和可降解性。

尤其是酸处理可以降低木质纤维素的结晶度，使其更容易被生物酶降解。

但是，化学预处理法需要使用大量的化学试剂，会产生环境污染和废弃物处理问题，并且会导致木质纤维素的损失。

3.生物酶处理法生物酶处理法是通过使用生物酶对木质纤维素进行降解。

常见的生物酶处理方法包括酶解法、酶解法、微生物降解法等。

生物酶处理法不需要使用化学试剂，不会产生废弃物，并且能够实现对木质纤维素的高效降解。

但是，生物酶处理法需要较长的反应时间，并且酶的成本较高。

4.离子液体处理法离子液体处理法是近年来发展起来的一种新型木质纤维素预处理方法。

离子液体是一种特殊的无机盐，具有低熔点、宽液温操作范围、良好的溶解性等优点。

通过用离子液体处理木质纤维素，可以降低其结晶度和分子量，并且改善其物化性质。

离子液体处理法具有无污染、高效率、可循环使用等优点，但是离子液体的成本较高，目前尚存在一定的技术难题。

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］。

木质纤维素糖化发酵工艺研究进展前言目前，世界乙醇生产主要以淀粉类(粮食作物为主，如玉米、木薯等)和糖类（如甘蔗、甜菜等）[1-2]作为发酵原料．采用微生物法发酵生产乙醇技术成熟，但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制，同时存在与人争粮或与粮争地等弊端，并且导致粮食价格持续走高，因此寻找新的原料势在必行．所以现在科学家把目光投向成本更为低廉、来源更广泛的木质纤维素原料[3]．它不仅包括秸秆等农业废弃物，城市固体废弃物、办公废纸、杂草、锯末等以及市政废水中的固体部分[4].地球上每年植物光合作用的生物量可达2 000亿 t，其中大部分为木质纤维素类．它的主要成分是纤维素、木质素、半纤维素．在植物组织中木质素与半纤维素以共价键形式结合，并将纤维素分子包埋其中，形成一种坚固的天然屏障，使一般微生物很难进入使其降解。

木质纤维素原料生产燃料乙醇的过程主要包括预处理、糖化、发酵等，其预处理是生物转化的关键步骤，影响整个纤维素酒精生产过程．因此高效、便捷的预处理技术是木质纤维素原料生产燃料乙醇的关键所在．一、分步糖化和发酵（SHF）前处理后的木质纤维素经水解糖化生成葡萄糖，然后在另一反应器中进行发酵转化为乙醇，这种糖化发酵工艺被称为分步糖化和发酵。

其主要优点是糖化和发酵都能在各自最优条件下进行——纤维素酶水解糖化所需的最适温度在 45～5℃，而大多数发酵产乙醇的微生物最适温度在 28～37 ℃[5]。

缺点是糖化产物葡萄糖和纤维二糖的积累会抑制纤维素酶的活力，最终导致产率的降低。

研究发现，纤维二糖的浓度达到 6 g/L 时，纤维素酶的活力就将降低 60%，葡萄糖对纤维素酶的抑制作用则没有那么明显，但是，它会对β-葡糖苷酶（一种关键的纤维素水解酶）产生强烈的抑制，葡萄糖浓度达到3 g/L时，β-葡糖苷酶的活力就将降低75%。

此外，水解用的纤维素酶（主要来自于真菌）不仅组分相对单一而且价格昂贵，当其活力受到抑制时，就得增加用量，最终导致使用成本的提高。

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。

制备生物质预处理剂方法的研究近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的广泛应用，生物质资源得到了越来越广泛的关注。

然而，生物质的利用也存在着许多挑战。

其中之一就是生物质的水解糖化难度较大，限制了其在工业生产中的应用。

因此，制备生物质预处理剂是提高生物质资源利用效率的重要途径。

本文将介绍几种常见的生物质预处理剂的制备方法，并探讨其优缺点。

1. 酸法预处理剂酸法预处理剂是一种常见的预处理方法。

其原理是运用酸浸泡加热的方法，使木质纤维素部分水解成果糖，并部分水解成异构化木糖等单糖，提高木质纤维素的裂解度。

酸法预处理剂的主要优点是操作简单，成本较低，但其同时也存在一些问题，如酸性废水的排放和对水质的污染等。

2. 碱法预处理剂碱法预处理剂通过碱液的浸泡和加热作用，可以使生物质中的木质素解离，导致木质纤维素的露出，提高木质素的裂解度。

碱法预处理剂的优点是可以去除生物质中的酸成分，同时也可以使生物质表面更加光滑，有利于后续生物降解操作的进行。

然而，碱法预处理剂也存在一些问题，如处理过程产生大量废液、对环境的污染和操作难度等。

3. 水热法预处理剂水热法预处理剂通过在一定温度和压力下将生物质和水混合，进行加热处理。

该方法有效地使生物质中的木质纤维素和半纤维素裂解成单糖，进一步提高了生物质的降解效率。

与酸碱预处理相比，水热法预处理对环境的污染较小，但需要较高的设备成本和较长的处理时间。

4. 生物法预处理剂生物法预处理剂采用微生物发酵的方法处理生物质，通过微生物的分解作用，使木质纤维素和半纤维素裂解成更易于降解的糖类，从而提高生物质的降解效率。

生物法预处理剂的优点是无污染、无副产物、对产品不造成污染等。

但同时也存在微生物培养条件复杂、发酵剂的选择筛选等问题。

综上所述，不同的预处理方法各有优缺点，选择合适的预处理剂不仅有助于提高生物质资源的利用效率，也有助于保护环境。

未来，应该继续深入地研究预处理剂的制备方法，开发更加环保、高效、低成本的预处理方法，以推动生物质资源的可持续利用和发展。