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1. 微生物降解木质素的研究进展
杨静, 蒋剑春, 张宁, 徐浩, 解静聪, 赵剑
生物质化学工程    2021, 55 (3): 62-70.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.010
摘要2145)   HTML1493387087)    PDF(pc) (694KB)(1837)    收藏

木质纤维是地球上最丰富的可再生生物质资源,其三大成分之一的纤维素是生产生物基材料、生物燃料及生物基化学品的重要原料,但是木质素复杂的化学结构阻碍了木质纤维的应用。常规木质素的物理、化学及物理-化学等降解方法常需要高温、高压条件,并且易产生抑制物、造成高能耗和环境污染等问题。微生物介导的生物催化过程通常在温和条件下进行,可以降低能源投入,为木质素的利用提供了更具体、更有效的选择。传统生物降解以白腐菌等真菌为代表,存在预处理周期长、对环境适应性差等问题,而细菌繁殖迅速、环境适应能力强、易于基因操作,成为未来木质素降解菌株的潜在候选者。本文在介绍木质素化学结构的基础上,综述了近年来微生物降解木质素的研究进展,着重分析了降解木质素的微生物(真菌和细菌)、木质素降解酶(过氧化物酶和漆酶)和降解机制,以及微生物降解木质素在脂类、生物塑料、香兰素、废水处理中的应用,并对微生物降解木质素的未来发展进行了展望。

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2. 热解温度对纤维素和木质素成炭结构的影响
吴迪超, 陈超, 侯兴隆, 孙康
生物质化学工程    2021, 55 (3): 1-9.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.001
摘要1842)   HTML1194602614)    PDF(pc) (13930KB)(1362)    收藏

从纤维素、木质素和半纤维素热解转化特征及分子重构建行为着手,利用TG、TEM、Raman、XRD、FT-IR等分析手段探究这3种物质的热解炭化机理。实验结果表明:半纤维素在炭化过程中几乎完全分解;链状结构的纤维素热分解脱除氢氧后,形成的碳自由基发生芳构化重排,大部分构成生物质热解炭中的结晶区;木质素分子结构复杂,呈交联态,在热解过程中同时发生软化熔融,大部分构成了生物质热解炭中的无定形区。在炭化过程中,纤维素在200 ℃之前主要发生脱水反应,200~400 ℃是热解的主要阶段;木质素在研究温度范围(200~500 ℃)内结构相对稳定,在软化熔融的同时仅发生部分结构转变。

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3. 基于动态硼酸酯键聚合物的构筑和应用研究进展
郭书畅, 薄采颖, 胡立红, 张猛, 贾普友, 周永红
生物质化学工程    2023, 57 (1): 49-61.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2023.01.007
摘要545)   HTML753)    PDF(pc) (5607KB)(1334)    收藏

基于动态硼酸酯键构筑的聚合物有一定的自修复能力和对刺激的多重响应性, 能够通过诱导材料内部物理/化学结构的拓扑重组并以此来响应生物信号的变化。本文综述了基于水解/再酯化、二醇硼酸酯之间的酯交换和硼酸酯之间的酯交换3种不同的硼酸酯酯交换机制构筑的多种天然/非天然高分子材料; 通过传统共价键和硼酸酯动态共价键协同作用设计更加稳定的四面体硼酸盐结构来解决硼酸酯基聚合物稳定性较差的策略; 硼酸酯基聚合物在生物医药、传感器和可回收材料等多领域的应用潜力。重点介绍了硼酸酯键与其它动态键协同作用制备理想的聚合物材料, 如水凝胶、有机凝胶、液晶材料和可回收纳米材料等。

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4. 不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析
朱启林, 曹明, 张雪彬, 陶凯, 柯用春, 孟磊
生物质化学工程    2021, 55 (4): 21-28.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.04.004
摘要618)   HTML10303937)    PDF(pc) (7739KB)(1082)    收藏

以禾本科植物王草、水稻秸秆、甘蔗渣和玉米秸秆为原料,在厌氧条件下于300、500和700℃制备王草炭(I)、水稻秸秆炭(R)、甘蔗渣炭(S)和玉米秸秆炭(M),研究了不同热解温度对生物炭结构及组成的影响。研究结果表明:随着热解温度升高,4种生物炭产率下降,300℃时I、R、S和M的产率分别为45.81%、48.67%、46.81%和46.00%,而700℃时产率则分别为33.93%、35.47%、25.42%和31.23%;灰分和碳含量升高,700℃时I、R、S和M的灰分较300℃分别提高了54.39%、65.44%、95.54%和71.65%;I、S和M的C/N比随温度升高而升高,R与之相反。4种生物炭pH值随温度升高而升高,700℃时I、R、S和M的pH值分别为7.68、9.87、7.59和9.33,均呈碱性;I和S孔隙结构丰富,随温度升高,孔隙数量增加,而R和M均在700℃形成了一定量的絮状结构;X射线能谱(EDS)分析结果表明R中Si元素含量较高。随温度升高,4种生物炭中烷烃基、甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,生物炭结构以芳香族化合物和含氧官能团为主,结构更稳定。

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5. 生物基聚氨酯材料的研究进展
周永红, 潘政, 张猛
生物质化学工程    2023, 57 (1): 1-12.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2023.01.001
摘要1073)   HTML13017)    PDF(pc) (5765KB)(1033)    收藏

聚氨酯作为一种多功能性高分子材料在众多行业中均有广泛应用。利用绿色可再生资源制备聚氨酯材料对聚氨酯的可持续发展具有重要意义。围绕近十年的相关文献, 本文重点总结了常见的植物油(蓖麻油、大豆油、桐油和棕榈油等)、木质纤维、松香、天然酚(腰果酚和单宁)和糖类等生物质资源合成生物基多元醇和异氰酸酯的基本方法、研究现状及非异氰酸酯的研究进展, 列举这些生物基资源作为原料制备聚氨酯时独特的优点, 并在此基础上讨论了生物基聚氨酯材料未来挑战, 展望了生物基聚氨酯在不同领域的发展前景。

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6. 玉米燃料乙醇低能耗工业生产新工艺
姜新春, 区镜深, 李凡, 周宏才, 佟毅, 庄新姝
生物质化学工程    2021, 55 (4): 7-13.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.04.002
摘要514)   HTML935272695)    PDF(pc) (3403KB)(1020)    收藏

本团队研发的玉米燃料乙醇低能耗生产新工艺,采用了低温液化、浓醪同步糖化间歇发酵、三塔压差精馏与分子筛脱水工艺和全厂各工段的废热进行余热回收技术,目前已经成功应用于多家燃料乙醇生产企业。以黑龙江鸿展生物科技股份有限公司已经投产的30万吨级燃料乙醇工程项目为例,对比分析了新工艺与传统工艺在技术特点、能耗、产品质量等方面的差异。结果表明:与传统工艺相比,新工艺蒸汽消耗降低10.26%,工艺用水量节约28.09%,循环水用量减少11.11%,每生产一吨燃料乙醇折合可节约标准煤49 kg,每年可以为企业节约标准煤14 700吨,节省燃料乙醇能耗成本约800万元;同时燃料乙醇和玉米酒糟(DDGS)的产品质量均符合国家标准,部分指标高于国家标准,如乙醇纯度达99.9%,甲醇低至0.01%,DDGS中粗蛋白质为26.1%,粗脂肪为10.5%,粗纤维为8.7%。

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7. 糠醛的生物炼制技术研究进展
付延春, 高腾飞, 张利平, 孟瑞红, 杨阳, 李雄威
生物质化学工程    2021, 55 (6): 59-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.06.007
摘要687)   HTML1899790359)    PDF(pc) (909KB)(1002)    收藏

生物炼制是新时代应对能源危机和环境污染的极佳策略,基于生物炼制可以将低值的生物质资源转化为各类高附加值产品。糠醛是一种来自生物质资源的高附加值平台化合物,在能源、医药、化工等领域具有重要应用。糠醛的工业生产已经近一个世纪,工业生产技术已经比较成熟,但是目前工业生产过程中还存在不少问题。为解决糠醛工业生产中存在的问题,研究者对制备糠醛的新技术和新工艺进行了研究与探索。本文首先介绍了糠醛的性质及应用,分析了糠醛的工业生产技术现状和所面临的问题,如利用无机酸作催化剂时会腐蚀设备,催化剂不易回收,存在污染水源等问题。然后详细叙述了水解法和热解法制备糠醛的技术研究现状以及微波加热辅助新工艺的特点,最后展望了糠醛制备技术的未来发展方向。

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8. 油茶壳综合利用研究进展
夏美玲, 王允圃, 张淑梅, 曾媛, 刘玉环, RUANRoger
生物质化学工程    2021, 55 (6): 26-38.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.06.004
摘要1025)   HTML2077575223)    PDF(pc) (700KB)(998)    收藏

油茶壳作为油茶(Camellia oleifera Abel)加工过程中产生的副产物,通常被直接丢弃或者焚烧处理。对油茶壳进行资源化利用不仅可以提高其自身附加值,还可以解决其带来的环境污染问题。基于现有研究,本文介绍了油茶壳中主要功能成分以及油茶壳在材料化、肥料化及能源化的利用情况。油茶壳中含有鞣质、茶皂素、黄酮和多糖等物质,使得油茶壳成为抑菌、抗氧化、抗病毒等应用的理想原料。在材料化方面,油茶壳活性炭吸附剂显示出良好的吸附效果,但以油茶壳为原料制备的电容材料电导率低,木质复合材料力学性能不佳。在肥料化方面,利用油茶壳制备的有机肥和培养基有明显改善土壤、提高肥料品质、促进种苗生长的效果。在能源化方面,较高的木质素、半纤维素和纤维素含量使油茶壳在直燃发电、厌氧发酵产沼气、制备生物乙醇和生物油等方面具有一定优势,但存在氯化物腐蚀锅炉、木质素难降解、生物乙醇产率低、生物油产量少等问题。对油茶壳未来利用方向提出展望,油茶壳在制备碳材料方面需针对性炭化以用作电容材料,木质复合材料方面需改善结构以提高材料力学性能,在功能成分利用方面需开发高附加值的深加工产品并扩大生产规模,在能源方面需解决生物质转化过程的集成问题。

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9. 本期目次和封面
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生物质化学工程    2021, 55 (5): 0-0.  
摘要102)      PDF(pc) (18845KB)(930)    收藏
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10. 杂原子掺杂生物质基炭材料的研究进展
王天贺, 林琳, 刘静, 张强, 徐文彪, 时君友
生物质化学工程    2022, 56 (6): 71-80.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.06.010
摘要919)   HTML3153335)    PDF(pc) (2747KB)(917)    收藏

生物质基炭材料具有低成本、来源广泛、导电性良好和电化学稳定性好等优点,通过杂原子掺杂,生物质基炭材料的性能得到进一步的提升。本文总结了杂原子引入生物质基炭材料的方法(原位掺杂和扩散掺杂)及其各自的优缺点,简述了杂原子掺杂的种类(氮掺杂、氧掺杂、磷掺杂、硫掺杂、卤素掺杂和多元素共掺杂)及杂原子掺杂对生物质基炭材料结构与性能的影响,综述了目前杂原子掺杂炭材料在能源存储、吸附分离、催化氧化等领域的应用状况,并对杂原子掺杂生物质基炭材料的发展方向进行了展望。

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11. 生物质气化制富氢合成气的研究进展
任菊荣, 苏允泓, 应浩, 孙云娟, 徐卫, 尹航
生物质化学工程    2022, 56 (3): 39-46.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.03.007
摘要617)   HTML1334313055)    PDF(pc) (492KB)(909)    收藏

生物质气化制取富氢合成气因其原料的清洁可再生性、产物应用方式的多样性被认为是最具发展前景的制氢方式之一。催化剂对调控生物质气化产物组成及焦油的裂解具有重要作用。本文综述了化石能源制氢、水分解制氢和生物质制氢方法,分析了生物质气化制氢的优势和局限性,以及存在的问题;重点介绍了生物质气化制氢的影响因素(气化剂、反应温度和催化剂)和用于生物质气化的主要催化剂种类(镍基、白云石和碱及碱土金属催化剂)及其特点,分析国内外生物质气化制取富氢合成气和催化剂的研究现状,探讨了催化气化制取富氢合成气的发展前景,提出有待解决的问题和研究方向。

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12. 衣康酸光固化树脂的研究进展
边均娜, 陈健, 吴国民, 孔振武
生物质化学工程    2021, 55 (5): 53-59.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.05.009
摘要490)   HTML1688670246)    PDF(pc) (677KB)(899)    收藏

被誉为"绿色技术"的光固化技术,不仅节能环保而且经济高效,已在众多领域得以应用。利用天然可再生资源制备光固化树脂对光固化技术的可持续发展具有重要意义。衣康酸作为一种来源广泛的天然可再生资源,其分子结构中同时含有不饱和双键和两个羧基,可替代丙烯酸、己二酸等石化资源合成各种光固化不饱和树脂,所得树脂综合性能优良。本文综述了衣康酸制备光固化树脂的研究进展,主要包括环氧衣康酸树脂、衣康酸聚酯、衣康酸聚酯丙烯酸酯、衣康酸聚氨酯丙烯酸酯等。由衣康酸合成的光固化树脂在涂料、生物医药和3D打印材料等领域具有重要的应用价值,为生物质资源的高值化利用提供了新途径。

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13. 锆/铪基催化剂催化转移加氢反应的研究进展
王晓璐, 姚雪峰, 陈宇新, 周华从, 刘全生
生物质化学工程    2021, 55 (4): 66-76.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.04.009
摘要481)   HTML353570877)    PDF(pc) (707KB)(871)    收藏

催化转化是可再生生物质资源利用的重要途径,高效催化剂的构建是生物质及其衍生物催化转化的关键环节。生物质衍生羰基类化合物加氢转化为醇或酯类化合物是生物质催化转化利用过程中重要的反应步骤。由于氢转移加氢反应过程具有反应条件温和的优点,因此非均相氢转移加氢催化剂在羰基类生物质平台分子转化中得到广泛应用。过渡金属锆、铪是常用的氢转移加氢反应活性金属。围绕不同锆/铪基氢转移催化剂的制备及其在生物质平台分子加氢转化反应中的应用进行综述。简要介绍了锆、铪氢转移催化剂的制备方法,详细介绍锆氧化物或氢氧化物、不同配体(羟基、羧酸、膦酸、磺酸、钨酸、胺类、有机金属骨架、沸石分子筛)配位锆/铪基催化剂、双金属催化剂,并对比分析它们的催化性能、循环稳定性和结构机理,最后对生物质氢转移加氢催化转化及其催化剂构建发展趋势进行了展望。

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14. 过渡金属催化5-羟甲基糠醛合成2, 5-呋喃二甲酸研究进展
白继峰, 卢虹竹, 杨雨, 程曼芳, 王景芸
生物质化学工程    2022, 56 (2): 49-59.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.02.008
摘要593)   HTML1463304319)    PDF(pc) (1103KB)(869)    收藏

随着绿色合成理念的不断提升, 以具有高催化活性、高稳定性及价格低廉等优势的过渡金属催化剂代替强氧化剂和贵金属催化剂催化氧化5-羟甲基糠醛(HMF)制备精细化学品, 逐渐成为研究者关注的焦点。本文综述了近年来廉价过渡金属基催化剂用于催化HMF氧化制备2, 5-呋喃二甲酸(FDCA)的相关研究, 对该领域的最新研究进行了叙述, 重点介绍了锰基、铜基、铁/钴基、镍基及其他催化体系在HMF氧化反应中的应用, 主要包括锰基金属氧化物、CuCl2催化体系、Fe3O4-CoOx的磁性催化体系等。此外, 在介绍上述催化剂的基础上, 还对廉价过渡金属基催化剂催化HMF氧化制备FDCA的发展前景进行了展望。

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15. 碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展
李洋, 李凯, 张镇西, 冯时宇, 胡斌, 陆强
生物质化学工程    2021, 55 (6): 39-48.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.06.005
摘要482)   HTML1982939185)    PDF(pc) (850KB)(865)    收藏

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO2和H2O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型(CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等)、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。

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16. 生物质两段式富氧气化-燃气轮机燃烧集成发电系统模拟研究
梁绍华, 张泰岩, 姚永灵, 卢承斌, 徐斌, 牛淼淼
生物质化学工程    2021, 55 (3): 47-54.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.008
摘要309)   HTML165159068)    PDF(pc) (952KB)(852)    收藏

为实现生物质能量的高效清洁利用,本研究基于两段式富氧气化系统改进燃气品质,并将获得的洁净高热值可燃气用于燃气轮机燃烧。通过Aspen Plus模拟研究分析了氧体积分数、气化温度对气化特性、燃机运行特性的影响,研究结果证实了生物质气化燃气在燃气轮机应用的可行性,并发现氧体积分数提高对改善生物质气化燃气品质及系统发电效率具有重要意义。两段式气化二次气化温度提高会引起气化效率及系统发电效率下降,因此气化温度需控制在合适范围。在满足生物质灰分完全熔融液化分离的前提下,气化温度可取较低值;两段式气化系统可选择氧体积分数为50%~60%时较佳。在氧体积分数60%、气化温度1 200 ℃时,生物质气化-燃气轮机集成发电系统发电效率(ηt)达最优,为34%,此时生物质可燃气低位热值(QLHV)为9.54 MJ/m3,两段式气化效率(ηCGE)为78.65%。

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17. 植物油脂基压敏胶的研究进展及动态
刘伟, 王钟, 汪钟凯
生物质化学工程    2022, 56 (1): 47-56.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.01.007
摘要382)   HTML1448411188)    PDF(pc) (3129KB)(839)    收藏

以天然可再生的植物油脂为原料制备压敏胶是解决目前石油基压敏胶基料资源短缺和环境问题的有效途径,也是目前学术研究和应用开发的热点之一。笔者综述了近年来国内外研究者在植物油脂基压敏胶方面的研究进展,按照植物油基高分子的种类(环氧树脂、丙烯酸树脂、脂肪酸衍生物、聚酯及聚氨酯等)进行了分类,重点总结了植物油脂基压敏胶基体的设计思路以及改性方法,在此基础上探讨了植物油脂基压敏胶改性研究方向(包括功能型植物油单体的开发、聚合物结构的优化等),以期为设计发展新型的生物基压敏胶材料提供可行的理论与参考。

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18. 天然杜仲胶的改性及应用研究进展
冷泽健, 岳盼盼, 陈婕, 郝翔, 彭锋
生物质化学工程    2021, 55 (6): 49-58.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.06.006
摘要638)   HTML1659568192)    PDF(pc) (3685KB)(836)    收藏

杜仲胶(EUG)主要由反式聚异戊二烯组成,是一种具有良好生物相容性、橡塑二重性和优异力学性能的天然高分子材料。近年来,EUG在新型生物基材料领域备受瞩目。EUG在室温下结晶度高,表现为刚性塑料状态,极大程度限制了其在功能材料领域的应用。因此,将EUG进行物理或化学改性,进而拓宽其应用范围已成为近年来的研究热点。本文详细介绍了EUG分子链结构特点,随后从物理改性和化学改性两个方面系统论述了EUG常见的改性方法及机理,如通过与其它材料共混或环氧化改性、硫化改性等改变EUG的硬度及弹性。对EUG在绿色轮胎与公路建设、形状记忆与自修复材料、减震与吸声材料、医用材料、生物降解复合材料等新型功能材料领域的最新研究进展进行了综述,并在此基础上展望了EUG在生物基高性能材料领域的发展前景。

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19. 生物质基多孔材料在保温材料中的研究进展
王磊, 闭馨元, 叶飞, 刘益贝, 吴敏, 鲁鹏
生物质化学工程    2022, 56 (4): 58-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.04.008
摘要423)   HTML1313161320)    PDF(pc) (5477KB)(835)    收藏

环保、节能、高效是保温材料未来的主要研究方向, 开发以生物质为原料的保温材料是未来趋势。生物质基多孔材料是指以可再生的生物质为前驱体制备的多孔材料, 其原料来源广, 制备方法多样, 具有孔隙率高、密度小、质量轻等优异特点, 在保温领域有很大的应用潜力。本文概述了多孔材料的保温机理, 并综述了近几年国内外对纤维素基、淀粉基、壳聚糖基、植物蛋白基多孔材料的研究, 重点介绍了表面活性剂发泡法、冷冻干燥法、致孔剂法、模具热压法、溶剂交换相分离法等在生物质基多孔材料制备中的应用。分析了生物质多孔材料存在的问题, 并对多孔保温材料未来的研究方向进行了展望。

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20. 循环流化床气化温度对稻壳气化固相产物特性的影响
胡小金, 杨涛, 刘三举, 刘俊, 张守军, 李益瑞
生物质化学工程    2021, 55 (3): 23-28.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.004
摘要328)   HTML58082055)    PDF(pc) (2470KB)(833)    收藏

为解决燃煤机组耦合生物质气化发电过程中固相产物的妥善利用问题,以稻壳为原料,在襄阳电厂6#燃煤机组耦合生物质循环流化床上,考察了稻壳气化发电时气化温度对燃气组分以及固相产物的含碳量、比表面积、微观形貌和吸附能力的影响。结果表明:燃气主要可燃成分CO和H2随温度升高先增大后减小,当温度为775 ℃时达到最高值,分别为18.79%和7.83%,625~775 ℃燃气热值高,固相产物含碳量较高;在较低的气化温度条件下,固相产物孔结构发育更加完全,且孔隙数量增加,孔壁厚度中等,比表面积随温度降低而不断增加;碘吸附值和比表面积基本线性相关;625 ℃时,固相产物比表面积最大为145.3 m2/g,碘吸附值最大为265 mg/g,可应用于消耗大、对吸附能力要求不高的场所。

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21. 金属离子催化葡萄糖异构化和脱水反应特性研究
张永昭, 季佳佳, 汪洋, 李宏威, 刘松晖, 王文德
生物质化学工程    2022, 56 (1): 7-12.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.01.002
摘要501)   HTML1780252743)    PDF(pc) (556KB)(832)    收藏

以金属氯化物为催化剂,研究金属离子对葡萄糖异构化和脱水反应的催化特性。考察金属离子种类、用量和温度对反应过程的影响,用动力学模型拟合实验数据,定量分析金属离子的催化规律。葡萄糖脱水制备HMF的反应是一个串联反应,基于此机理构建的动力学模型能准确描述各组分浓度随时间的变化。Ni2+、Cr3+和Sn4+具有良好的催化活性,但3种金属离子呈现不同的催化特性。Sn4+的葡萄糖转化速率最快,Ni2+最慢,但Sn4+的副反应速率常数是Ni2+的约20倍。实验范围内,增加Ni2+用量,葡萄糖异构化和副反应速率加快,但对果糖脱水过程没有催化活性。增加Cr3+用量能显著提升葡萄糖异构化速率,对其它反应影响不大。随着Sn4+用量的增大,各步反应速率均加快,但整个反应过程中的副反应的严重程度有所降低。反应速率常数随温度的变化规律遵循Arrhenius模型,对Ni2+而言,升高温度更能促进果糖副反应的发生;金属离子为Cr3+时,升高温度有利于果糖脱水生成HMF;而对于Sn4+,升高温度则更有利于葡萄糖的异构化。

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22. 本期目次和封面
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生物质化学工程    2021, 55 (4): 0-0.  
摘要100)      PDF(pc) (18907KB)(828)    收藏
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23. 生物质流化床腐蚀特性及抑制方法综述
范浩东, 张东旺, 赵冰, 张缦, 金燕
生物质化学工程    2022, 56 (1): 30-36.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.01.005
摘要311)   HTML1102578741)    PDF(pc) (1435KB)(800)    收藏

生物质燃料具有水分、挥发分、碱金属含量较高、热值偏低的特点,适合流化床燃烧应用,但在燃烧过程中挥发出的碱金属和Cl元素在一定温度下会对流化床锅炉安全经济运行造成威胁,如Cl元素的挥发容易导致受热面腐蚀。其腐蚀类型可分为气相腐蚀、液相腐蚀和固相腐蚀,腐蚀程度主要受到燃料成分、温度的影响。本文针对生物质循环流化床锅炉受热面发生腐蚀的关键因素Cl成分,阐述了生物质循环流化床锅炉发生腐蚀现象的机理,根据工程实践,指出了实际锅炉发生腐蚀的现象及工程应对方法,并提出防止腐蚀可以在生物质燃料预处理、炉膛密相区附近增加二次风管、改变过热器受热面布置方式、加入特定成分添加剂以及受热面材质选择等方面进行突破,以期为生物质循环流化床锅炉的高可靠性运行提供指导。

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24. 木质纤维生物质半纤维素分子模拟应用研究进展
林琦璇, 刘昕昕, 李理波, 彭锋, 任俊莉
生物质化学工程    2022, 56 (3): 47-58.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.03.008
摘要344)   HTML1172308127)    PDF(pc) (9279KB)(799)    收藏

木质纤维生物质资源是重要的可再生生物质资源,主要包含纤维素、半纤维素和木质素。半纤维素含量仅次于纤维素,是一种丰富、可再生的植物资源,其可水解制备重要化学品以及改性制备多功能材料。本文综述了生物质半纤维素分子模拟应用研究进展,从半纤维素大分子形态及其与纤维素结合方式的分子模拟研究和半纤维素制备化学品及材料的分子模拟研究2个方面进行阐述,从模拟结果可以看出半纤维素在细胞壁中与纤维素和木质素的相互作用及其本身的大分子形态对木质纤维生物质三大素的提取利用具有显著影响。分子模拟有利于理解过程机理,对反应效率的提高具有重要理论指导意义。最后对分子模拟在半纤维素研究的发展应用进行了展望,指出目前半纤维素分子模拟的空白领域,主要包括半纤维素液化生产生物油、木糖异构化生产木酮糖、半纤维素与木质素之间的结合方式以及其他的半纤维素基材料等,这些有待进一步的探索与研究。

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25. 生物质炭在焦油裂解脱除领域的研究进展
贺东洋, 梁国威, 李欣阳, 吴双奕, 牛淼淼
生物质化学工程    2021, 55 (4): 77-84.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.04.010
摘要476)   HTML1955612686)    PDF(pc) (867KB)(795)    收藏

基于生物质焦油的组成特性、危害及其处理方法,简单介绍了生物质焦油催化裂解脱除的机理及近年来的研究进展,重点阐述了生物质炭对焦油的催化转化机理(主要涉及裂解、重整和缩合3种反应)、生物质炭对焦油的吸附和重整作用,以及在催化转化过程中,生物质炭的催化性能受原料、裂解温度、加热速率和停留时间等因素的影响。通过分析生物质炭改性后的性能变化,发现生物质炭中添加金属助剂或经结构改性后具有高效催化裂解焦油的潜力,为进一步研发低成本复合型催化剂提供了方向。

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26. HMF制备FDCA的新型催化工艺研究进展
蔡佳伟, 李亢悔, 蒋涌泉, 吴述平
生物质化学工程    2022, 56 (6): 61-70.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.06.009
摘要699)   HTML312411)    PDF(pc) (1018KB)(787)    收藏

生物质转化为高附加值化学品是解决目前化石能源枯竭和全球变暖问题的有效途经,5-羟甲基糠醛(HMF)被认为是最重要的平台化合物之一,可通过氧化、加氢和开环等反应制备出许多高附加值有机化合物,其中2,5-呋喃二甲酸(FDCA)被认为是最有前景的化学品,能够代替目前广泛使用的石油基聚酯单体对苯二甲酸(PTA),用于合成生物可降解聚酯聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。本文系统地综述了通过电化学催化氧化、光催化氧化和生物催化法将HMF制备成FDCA的新型工艺。这些催化工艺不同于传统的热解催化,其不需要高温高压,没有有害溶剂和昂贵的催化剂等,具有高效、绿色和可持续的优点。但还存在一些问题,如电化学催化法需要特殊且稳定的电解质以及对仪器设备有较高的要求;光催化法存在成本较高和能量转化率较低的问题;生物催化法有着制备周期长和反应中间体受抑制的问题。通过分析这些方法取得的成果及目前存在的问题,为未来FDCA的高效催化转化提供可行的思路。

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27. 好氧生物预处理时间对玉米秸秆水解酸化的影响
李希越, 王洪波, 赵玉晓, 华栋梁, 王宁
生物质化学工程    2022, 56 (1): 13-22.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.01.003
摘要259)   HTML2042528318)    PDF(pc) (6146KB)(782)    收藏

以玉米秸秆为原料,先经复合菌系进行好氧生物预处理,然后接种厌氧污泥进行厌氧发酵,考察了预处理时间对厌氧发酵的影响,并测定木质纤维素结构及含量变化、关键性酶活、微生物多样性和厌氧发酵酸化产量。研究结果表明:随着预处理时间的延长,玉米秸秆的结构逐渐被破坏,木质素过氧化物酶活性逐渐降低,木聚糖酶和纤维素酶活性逐渐升高,最高分别达0.879和0.025 7 U/mg。放线菌、芽孢杆菌和曲霉菌是秸秆好氧生物预处理中的优势菌群。玉米秸秆经好氧生物预处理2 d,厌氧发酵产酸效果最佳,乙醇和挥发性脂肪酸产量为249.3 mg/g,比未处理提高了46.73%;玉米秸秆经好氧生物预处理5 d,乙醇和挥发性脂肪酸产量为138.2 mg/g,比未处理降低了18.66%。过长的玉米秸秆好氧预处理时间会使玉米秸秆中半纤维素、纤维素过度降解,这是造成玉米秸秆厌氧发酵产酸量下降的主要原因。以能源化、资源化为目的的玉米秸秆厌氧发酵预处理时,利用复合菌系好氧生物处理作为其预处理方法,应严格控制预处理时间,避免因为纤维素、半纤维素过度降解导致的产品产率下降问题。

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28. 纤维素基超疏水材料的现状分析
李晓望, 李煜东, 王鑫, 周加左, 孙晓晗, 赵禹森, 王成毓
生物质化学工程    2022, 56 (1): 67-74.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.01.009
摘要545)   HTML1177436224)    PDF(pc) (4334KB)(779)    收藏

近年来超疏水材料的应用领域越来越广泛,对超疏水材料的机械强度、耐磨性、透光度、重复利用性等性能方面的要求越来越高,原料的绿色环保性要求也日渐提高。生物质原料种类多、储量大,占据着可再生资源的主导地位。纤维素作为生物质原料的下游精细产品,具有绿色环保、储量大、应用灵活的优点。本文简单介绍了纤维素基超疏水材料的发展历程、特点及应用,重点分析了水热法、化学沉积法、原子转移自由基聚合和溶胶-凝胶法(纤维素/SiO2超疏水材料和纤维素基气凝胶)等超疏水改性方法在制备纤维素基超疏水材料中的应用。最后对纤维素基超疏水材料的未来发展进行了展望。

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29. 废润滑油吸附再生研究进展
徐茹婷, 王傲, 孙康
生物质化学工程    2021, 55 (4): 59-65.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.04.008
摘要395)   HTML2962741)    PDF(pc) (474KB)(777)    收藏

随着汽车和制造业的快速发展,润滑油的需求量也大大增长,大量的废润滑油也随之产生。本文从废润滑油的污染现状出发,介绍了其变质过程、污染物组成、常用的再生工艺(絮凝、蒸馏、萃取、加氢处理、吸附等)。详细介绍了白土、活性炭、粉煤灰、天然高分子吸附剂等吸附剂和新技术(静电吸附),总结了国内外学者对废润滑油吸附再生的研究现状,并分析了各吸附剂和吸附技术的优缺点。最后对今后废润滑油吸附再生所面临的问题以及未来发展方向进行了展望。

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30. 脱气预处理条件对木质活性炭比表面积和孔容积分析结果影响初探
马名哲, 孙康, 孙昊, 张燕萍, 林冠烽, 魏安国
生物质化学工程    2022, 56 (5): 23-29.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2022.05.004
摘要320)   HTML69710)    PDF(pc) (691KB)(776)    收藏

在测定木质活性炭比表面积和孔容积前, 先对活性炭进行脱气预处理, 研究预处理条件(脱气温度和脱气时间)对活性炭的比表面积和孔容积的影响, 并将所测结果与仪器推荐条件下所测结果进行对比分析。研究结果表明: 脱气温度和脱气时间对于物理法木质活性炭比表面积和孔容积分析结果影响较小, 这是因为物理法活性炭制备温度高, 官能团少, 结构以微孔为主, 吸附类型以物理吸附为主, 吸脱附速度较快。物理法活性炭预处理条件以脱气温度150 ℃脱气3 h为宜, 相较于ASAP 2460使用说明所推荐的350 ℃和24 h的预处理条件, 明显缩短预处理时间, 降低电耗, 提高了检测效率。脱气温度和脱气时间对化学法木质活性炭比表面积和微孔分析结果影响较大, 适宜的预处理条件为300 ℃脱附12 h。主要是因为磷酸法活性炭制备温度较低, 杂原子较多, 表面化学基团丰富, 发生物理吸附的同时易发生化学吸附, 需要较高的温度和较长的时间才能脱气完全, 当脱气温度过高时, 孔道内的吸附质发生炭化形成炭质微粒堵塞孔道, 同时部分物理吸附在更高的活化能下转化为化学吸附, 使分析结果有所下降。

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