木質素生物油的生產及產物結構

2020-12-01 科學網

 

使用木材、甘蔗渣和稻草等生物質生產纖維素乙醇首先要水解多糖物質，然後發酵單糖，這兩步是目前大部分研究所涉及的內容。隨著過程工藝的發展，要求通過蒸汽爆破、酸水解等技術將生物質中纖維素、半纖維素和木質素等不同形式的聚合體分離開。由於這些工藝的應用，作為副產品會產生大量的木質素，考慮到大規模生產時乙醇精煉的需求，需要將木質素熱解轉化為液體燃料。以前在這方面的實驗都失敗了，然而最近發現，如果水解時使用蟻酸和酒精，木質素就會很容易的被解聚還原。

 

在蟻酸和乙醇存在，380℃的條件下，一步法熱解幾乎可以將全部原料降解為生物油，並且可以很容易的從水中分離出來，因為整個過程中幾乎沒有碳化(<5%)。初步的分析數據表明，加工成的生物油與原料的結構完全不同，含有烯烴、烷烴及烷基化酚，O/C比低，適合於做生物燃料。

 

目前的工作是對從不同來源木質素生產的生物油進一步分析，進一步了解降解機制，並獲得更多的結構信息。實驗中使用電噴霧質譜(ESI-MS)和尺寸排阻質譜法(SEC)測量分離物質的分子量。採用核磁共振法對羥基基團和羧基基團定量，利用氣相色譜-質譜聯用對羧化物結構進行分析。分析結果發現木質素降解的是否完全與原料來源無關，由此產生的生物油也具有優勢脂肪烴的結構。另外產物中還有大量酚類化合物存在，並且這類化合物中部分含有羧基基團。研究結果表明，蟻酸是具有很強的還原性，可提供大量氫原子，通過對熱解條件的優化，可以進一步減少芳香環結構的含量。

 

研究結果發表在《能源與燃料》雜誌。（來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所）

 

（《能源與燃料》（

Energy & Fuels

），2008, 22 (6), pp 4240–4244，Goran Gellerstedt，Tanja Barth）

 

更多閱讀（英文）

 

 《能源與燃料》發表論文摘要

相關焦點

  • 木質素的「自我介紹」
    工業化生產中，一般是在利用纖維素時將我分離、提取出來的。從科研的角度來說，人們分離、提取「我」是為了獲得純度較高的樣品，或者是具有特定結構、性質的樣品。 「我」的結構中有許多官能團（芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基、醛基、共軛雙鍵等活性基團），使得「我」可以發生多種化學反應，諸如：氧化、還原、水解、醇解、酸解、光解、醯化、烷基化、硝化、醚化、磺化、縮聚或接枝共聚等。 以「我」為原料合成的樹脂在生產一般模塑零件的成本上比酚醛樹脂低，具有一定的工業化價值。
  • :Ru催化氫解木質素-鹼對酚類產物的選擇性調控
    背景介紹 　　木質素是植物生長過程中由三種單木質醇（香豆醇、松柏醇、芥子醇）通過氧化聚合形成的生物高分子，其中 β-O-4 結構是結構單元的主要連接鍵。作為自然界唯一一種可再生的芳香碳氫資源，木質素通過降解轉化為適用於下遊生產的單分子芳基化合物是其高值化的基點。
  • 木質素化學降解及其在聚合物材料中應用的研究進展
    1 木質素的化學結構與組成特徵木質素是植物體的主要組成成分,化學結構如圖1所示。不同種類植物的木質素含量存在差異,但木質素的基本結構是相似的。木質素分子結構中通常含有對羥基苯基型(H)、愈創木基型(G)和紫丁香基型(S)3種類型基本結構單元,且不同來源的木質素中3類結構單元的含量不同。
  • 價格透明:湖北木質素纖維廠
    湖北木質素纖維廠木質纖維素原料的預處理　　由木質纖維素的組成和結構可以知道，影響纖維素糖化分解的主要因素有木質素和半纖維素的保護作用，纖維素的結晶度、聚合度、半纖維素的結合層，脫去木質素，增加有效比表面積。
  • 天大新工藝 木質素變廢為寶
    最近，天津大學化工學院教授李永丹帶領團隊設計了「木質素一步法高效催化轉化工藝」，突破性地將鹼木質素完全轉化成為高附加值的有機小分子化合物，能夠做到將「用之困難，棄之汙染」的木質素變廢為寶。    目前，該工藝在實驗室已經全面實現，進入到了中試和成果轉化階段。相關研究成果發表在頂級綜合類化學刊物《德國應用化學》上，同時申請國際發明專利1項，國內專利4項。
  • 我國學者在木質素選擇性轉化領域獲進展—新聞—科學網
    比如，馬來酸酯是一類重要的大宗化學品，傳統方法是通過苯或丁烷等石油基原料的氧化來生產，就存在諸多安全、環境等問題。 生物質資源具有來源廣泛、產量巨大、可再生及其組成元素與當前大宗有機化學品接近等特點，將其高效轉化為平臺化合物或化學品，被認為是解決上述問題的一個重要途徑。
  • 瑞典成功研發一種新型木質素燃料電池
    近日，瑞典林雪平大學研究人員利用樹木中木質素作為原料，成功研發一種新型燃料電池。與以甲醇、乙醇等小分子為燃料的電池不同，此過程不產生二氧化碳，不僅原料綠色環保，而且產物實現了碳的零排放。木質素（lignin）為植物和藻類重要結構材料，在樹皮或是木材中由為常見，為造紙廠副產物之一，而瑞典林雪坪大學（LiU） 有機電子研究室以此材料開發燃料電池，打造低價環保綠色燃料技術。當今燃料電池大多以補充氫氣為主，但地球上 96％ 氫都是來自於化石燃料，在生產過程中並沒有達到 100％ 無碳能源。
  • 木質素纖維充當 鋼筋造電池
    近日，青能所研究人員從木材中找到靈感，利用木質素纖維搭建了電池新結構，為解決這一難題提供了新思路。鋰硫電池壽命短    鋰硫電池，顧名思義，即以單質硫作正極，金屬鋰作負極的一種新型電池，由於其理論容量為鋰離子電池的五倍之多，並且硫原材料來源豐富、價格低廉、低毒無害，使得國內外對鋰硫電池的開發產生了濃厚的興趣，鋰硫電池被認為是最具潛力的下一代高能量電池體系之一。
  • 天津工生所發表木質素與碳一原料協同利用研究綜述文章
    木質素是一種存在於植物體中的芳香族高聚物，由於結構較為複雜，其降解和利用較為困難有毒碳一副產物的產生是限制木質素高效利用的另一重要因素，然而，目前聚焦此問題的研究較少。 　　近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員鄭平帶領的系統與合成生物技術研究團隊，在Trends in Biotechnology上發表木質素與碳一原料協同利用的綜述文章，提出整合木質素降解和有毒碳一副產物利用的新思路。
  • 研究人員發表木質素與碳一原料協同利用研究綜述文章
    木質素是一種存在於植物體中的芳香族高聚物，由於結構較為複雜，其降解和利用較為困難。有毒碳一副產物的產生是限制木質素高效利用的另一重要因素，然而，目前聚焦此問題的研究較少。近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員鄭平帶領的系統與合成生物技術研究團隊，在Trends in Biotechnology上發表木質素與碳一原料協同利用的綜述文章，提出整合木質素降解和有毒碳一副產物利用的新思路。
  • Science:木質素生物精煉的發展路線圖
    Science雜誌發表綜述文章討論木質素精煉的發展，作者喬治亞技術學院教授Ragauskas稱：文章是為整合基因工程和分析化學工具修飾木質素結構，使其更已有生產生物基材料、化學品和燃料制定了一個發展路線圖。共同作者還橡樹嶺國家實驗室和美國可再生能源實驗室的科學家。
  • 木質素改性酚醛樹脂對鎂碳材料結構與性能的影響
    通過近年來的實際生產發現，不同工藝條件合成的樹脂的性能均有所不同，將其應用到鎂碳磚的製備中勢必會對其結構和性能產生不同的影響。為此，本文將不同木質素替代量、催化劑加入量以及反應時間所合成的LPF分別應用到鎂碳磚中，系統研究合成的樹脂對鎂碳磚結構與性能的影響，以期優化樹脂的合成工藝條件。
  • CCS Chemistry | CeCl3 光催化解聚木質素,低成本獲得高附加值化學品
    木質素是植物界中儲量僅次於纖維素的第二大生物材料，自然界唯一含芳香基團的可再生生物質資源，通過解聚木質素生產有價值的芳香化合物引起了人們極大的關注。木質素主要由碳、氫、氧等元素經C-O鍵和C-C鍵連接而成。與C-O鍵相比，高鍵能、高穩定性的C-C鍵的裂解更具挑戰。
  • 被農民丟棄的玉米芯實現「裂變」三級跳,可生產糖、酒精和木質素
    玉米芯的主要成分為纖維素、半纖維素、木質素。公司對玉米芯進行三次開發,實現了產業的不斷裂變,構築起「一鏈三業」的戰略布局。「一鏈」即「玉米全株循環經濟產業鏈」,「三業」功能糖健康產業、纖維素乙醇新能源產業和木質素新材料產業。
  • 木質素在儲能領域中的應用研究進展
    結果表明，在能源儲存裝置中使用木質素，不僅提升了儲能裝置的循環穩定性、延長了使用壽命，而且降低了生產成本、減輕了化學汙染。最後，為進一步提升木質素基儲能裝置的能量存儲和輸出效率，對未來木質素基儲能材料面臨的挑戰和可能的發展方向進行了展望。
  • 天津大學研發工藝將「木質素」變廢為寶
    ，能夠做到將「用之困難、棄之汙染」的木質素變廢為寶。　　中國造紙工業年度報告稱，中國製漿造紙工業每年要從植物中分離出約3000萬噸纖維素，同時得到1000萬噸左右的木質素副產品。但是，超過95%的木質素卻以「黑液」形式直接排入江河或濃縮後燒掉：排入江河汙染水源和土壤，濃縮後燃燒熱值低，並產生硫氧化物汙染空氣。
  • 木質素與碳纖維
    美國橡樹嶺國家實驗室多位專家先後發言強調，用 Lignin 木質素為原料製造低成本碳纖維是趨勢，因為木質素是可再生資源，而原來採用的聚丙烯腈基碳纖維是石油系原料，為不可再生資源。他們預計用木質素做的網狀碳纖維成本可以控制在每公斤 4~5 美元。