秸秆降解过程的机理研究及过程优化文献综述

 2021-10-06 12:10

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文 献 综 述

一.前言

随着人类社会工业化进程的加速以及人口的迅速增长,人类对能源的需求量逐渐增加。能源危机日益严重,石油能源的匮乏以及不容忽视的环境问题,使开发新型能源越来越受到重视。农作物秸秆是当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。目前,全世界农作物秸秆年产量超过20亿吨。我国作为农业大国,秸秆资源丰富,且逐年递增,列世界之首。我国每年产生的秸秆相当于300多万吨氮肥、700多万吨钾肥、70多万吨磷肥,这相当于全国每年化肥用量的1/4。合理利用秸秆,有利于工业、农业和农村经济的共同发展,否则直接焚烧秸秆不仅释放大量气体严重污染环境、杀灭土壤微生物,而且造成能源资源的重大浪费[1]

因此,秸秆的开发利用逐渐引起人们的重视。上世纪90年代就有研究学者发现秸秆可通过水解制得单糖、低聚糖、淀粉等,所产的单糖经发酵可进一步生产单细胞蛋白、酒精和有机酸等有机原料和燃料,可取代目前的淀粉原料发酵生产的各种产品,是化石资源等不可再生能源的有效替代品。

目前对纤维素类物质的利用主要是水解糖化。对纤维素的水解方法包括稀酸水解、浓酸水解和酶水解[2]等。而半纤维素主要的工业化应用是水解其中的木聚糖得到木糖,再将木糖转化成为木糖醇[3]。但是对纤维类物质的水解糖化基础研究不够充分、缺少创新技术,导致其污染严重、成本昂贵、经济效益不高。因此,需要大量科研工作者不断投身于科研事业。

二.秸秆的降解

2.1 秸秆的组成

秸秆主要是由纤维素(36.5%-38.6%)、半纤维素(38.0%-38.8%)、木质素(12.3%-17.6%)三大部分组成[4],另外它还含有菇类、黄酮类、脂肪酸、脂肪、蜡、果胶、醇类等有机物以及一些无机物等[5]

2.2 秸秆水解研究现状

秸秆的水解过程是:纤维素和半纤维素在催化剂作用下被水解成单糖,秸秆的水解工艺是制取还原糖的关键步骤之一,其成本占据整个工艺的30%以上,目前可采用的水解方法为生物酶法,化学法,蒸汽爆破法,固体酸水解法等。

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