芬顿反应用于木质纤维素生物质预处理的研究现状

第26卷第4期2018年12月纤维素科学与技术JournalofCelluloseScienceandTechnologyVol.26No.4Dec.2018文章编号：1004-8405(2018)04-0068-08DOI:10.16561/j.cnki.xws.2018.04.01芬顿反应用于木质纤维素生物质预处理的研究现状芬顿反应用于木质纤维素生物质预处理的研究现状1黄元1,2，王志敏2*，张宏森1，王风芹1，宋安东1*（1.河南农业大学生命学院农业部农业微生物酶工程重点实验室，河南郑州450002；2.河南农业大学理学院，河南郑州450002）摘要：从全球面临的能源现状出发，结合我国生物质资源的概况，概述了国内外木质纤维素生物质的资源转化和木质纤维素类生物质预处理的研究现状和进展，重点论述了芬顿反应在木质纤维素生物质预处理中的应用现状和研究进展，分析了芬顿预处理的优缺点以及目前急需解决的问题，指出了芬顿反应预处理木质纤维素生物质的发展方向，并对其发展前景进行了展望。关键词：木质纤维素；芬顿反应；生物质能源；预处理中图分类号：S216文献标识码：A木质纤维素作为一类可再生资源，其来源广泛、产量丰富。全球木质纤维素类生物质产量每年约为2000亿吨，其中农作物秸秆是最主要的生物质资源，中国的农作物秸秆年产量居于世界之首，数量如此巨大的生物质资源为生物质能源的开发和利用提供了充足的底物来源[1]。随着目前能源危机的日益突出，生物质资源的合理利用显得尤为重要。农作物秸秆等生物质资源的合理利用不仅能变废为宝缓解能源危机，而且解决了农业环境污染，一举两得。木质纤维素结构复杂，具有天然的抗降解屏障，因此预处理是生物质能源转换过程中必不可少的环节。本文论述了芬顿反应应用于木质纤维素预处理的研究现状及进展，并对其发展前景进行了展望，旨在为芬顿预处理途径的进一步优化和后续研究提供借鉴和参考。1全球能源现状及我国生物质资源概况随着全球化石燃料资源的快速消耗和全球能源需求的不断增加，迫使人们利用现有的可再生资源来替代日渐枯竭的化石能源，木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生资源，因此木质纤维素资源的深度利用成为人们研究的重点。生物质燃料是一种可再生的新能源，开发利用生物质燃料不仅能缓解能源危机，同时也可以减轻环境污染[2]。而生物质能源因其可再生、清洁低碳、易于获取及利用形式多样等优点被认为是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源[3]。木质纤维素资源取之不尽用之不竭，充分开发和利用好这些生物质资源，是缓解能源危机的重要途径，因此，开发生物质资源利用技术成为当前的一大热点。我国作为农业大国生物质资源丰富,每年生物质废弃物大约50亿吨，是我国石化能源消耗量的4倍左右，而目前将其作为能源利用的约占其总产量的0.76%[4]。我国各种生物质秸秆资源丰富，其开发利用潜收稿日期：2018-08-01基金项目：2018河南省高校科技创新人才支持计划（18HASTIT038）。作者简介：黄元（1994~），男，硕士研究生；研究方向：微生物能源工程。∗通讯作者：王志敏（1974~），男，博士，副教授；研究方向：功能纳米材料的制备、性能及其在木质纤维素组分离与转化中的应用。gary1451@iccas.ac.cn宋安东（1972~），男，博士，教授；研究方向：微生物能源工程、发酵工程。song1666@126.com第4期黄元等：芬顿反应用于木质纤维素生物质预处理的研究现状69力巨大。然而这些可再生的生物质资源长期以来没有得到重视和充分的利用，大部分的秸秆被遗弃或者直接焚烧，浪费资源的同时也造成了环境污染。同时我国也是一个能源消耗大国，能源消耗持续增加，石油消耗量猛增，同时对外依存度也在不断增长，预计到2020年将会超过60%，到2030年会增至65%以上[5]。我国的生物质资源丰富，据统计，每年我国农作物秸秆的收集量约为4.5亿吨，折合标准煤1.8亿吨。预计到2020年，农林废弃物约折合11.65亿吨标煤,可开发量约合8.3亿吨标准煤[6]。通过开发和使用生物质能替代化石能源，是我国发展生物质能产业的长期目标。我国生物质能应用规模与发展目标如表1所示。表1我国生物质能应用规模与发展目标分类生物质发电总装机量/GW生物质成型燃料年利用率/mt沼气年利用量/Mm3乙醇年利用量/Mt生物柴油年利用量/Mt20093.240.614000Mm31.650.520151320集中供气300万户31.52020305044000Mm31021GW＝109W＝106KW；1Mt＝106t；1Mm3＝106m32木质纤维素生物质的资源转化2.1生物质资源转化及其存在的问题木质纤维素类生物质是一种结构复杂的天然大分子化合物，由纤维素、半纤维素和木质素三大组成成分组成，此外还含