秸稈類生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益嚴(yán)重，使得人們開(kāi)始尋求新型清潔的可再生資源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，生物質(zhì)資源便成為其中熱門一項(xiàng)。而農(nóng)作物秸稈作為世界上簡(jiǎn)單易得、產(chǎn)量大的生物質(zhì)資源，吸引了無(wú)數(shù)研究者的目光。我國(guó)秸稈資源雖然十分豐富，但利用率卻很低，大量秸稈無(wú)法被有效回收，只能就地焚燒，造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。通過(guò)將秸稈制成燃料乙醇可以有效緩解這些問(wèn)題。秸稈預(yù)處理技術(shù)通過(guò)對(duì)秸稈中木質(zhì)纖維素進(jìn)行水解來(lái)制備燃料乙醇。如今，預(yù)處理技術(shù)的不斷完善，已經(jīng)從單一的方法，變?yōu)閺?fù)合法，大大提高了木質(zhì)纖維素的水解率與燃料乙醇的生產(chǎn)效率。目前世界上主要有四種預(yù)處理方法：物理法、生物法、化學(xué)法、物理-化學(xué)法。

1物理法

現(xiàn)在，對(duì)玉米秸稈類型的生物質(zhì)物理處理主要手段有：機(jī)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(zhì)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(yīng)活性。

1.1機(jī)械粉碎

機(jī)械粉碎是通過(guò)機(jī)械作用力將木質(zhì)纖維素變成0.2~2mm的顆粒，機(jī)械粉碎的設(shè)備和方式有很多，如刀式粉碎、盤(pán)式粉碎、蒸汽粉碎以及球磨粉碎等。Hideno等[1]的研究結(jié)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(chǎn)率提升到78.5%和89.4%。Zheng等[2]改進(jìn)螺桿擠壓法，在螺桿擠壓堿處理過(guò)后的玉米秸稈時(shí)，將擠壓機(jī)內(nèi)的螺桿元件替換成反向元件，可以有效地去除木質(zhì)素，他們通過(guò)調(diào)整機(jī)械元件的位置，達(dá)到一種組合，去除木質(zhì)素的效率高于現(xiàn)在使用的大多數(shù)化學(xué)方法。機(jī)械粉碎的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單有效，但時(shí)能耗大，成本高。

1.2微波處理

微波利用介電加熱，使物料內(nèi)有極分子在微波高頻電場(chǎng)的作用下反復(fù)快速改變其取向，相互碰撞而摩擦產(chǎn)生熱量，將物料能水分子等低沸點(diǎn)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(rùn)性，提高其的反應(yīng)活性和可及性。已有許多研究是利用微波來(lái)預(yù)處理纖維素，例如Azuma等[3]利用微波在170~230℃部分降解木質(zhì)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(diǎn)是成本高，難以大規(guī)模運(yùn)用于生產(chǎn)。

1.3高能輻射

高能輻射是利用γ射線、電子束等進(jìn)行一定時(shí)間和劑量的輻射來(lái)提高纖維素酶解效率。利用γ射線是通過(guò)60Co產(chǎn)生的γ射線來(lái)處理秸稈等纖維素材料，破壞物料結(jié)構(gòu)，降低纖維素結(jié)晶度，從而提高酶解效率的方法。唐洪濤等[4]發(fā)現(xiàn)較高劑量輻照對(duì)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(shí)酶解還原糖得率比初始提高了13.68%，達(dá)到大。在較高劑量下，輻照聯(lián)合酶解效果優(yōu)于單一處理。