【摘 要】
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通过亚/超临界液化技术将木质纤维素转化为液体燃料备受瞩目,但糖类的液化产物会与木质素发生交联反应,不仅降低生物油收率,还会增加生物油含氧官能团的复杂性。鉴于此,本研究结合生物化学和热化学转化法,提出木质纤维素三大组分定向转化分级制取乙醇和生物油的生物炼制方法。首先通过乙醇发酵将纤维素转化为乙醇,其次对酶解残渣进行水热液化制备生物油。木质纤维素乙醇-生物油联产研究有助于提高木质纤维素液体燃料的能量转
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51576135）:基于全程控氧的木质纤维素铝基原位供氢液化制航空生物燃料机理研究; 航空科学基金（No.2015ZB54006）:生物质亚/超临界催化液化制航空替代燃料研究
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通过亚/超临界液化技术将木质纤维素转化为液体燃料备受瞩目,但糖类的液化产物会与木质素发生交联反应,不仅降低生物油收率,还会增加生物油含氧官能团的复杂性。鉴于此,本研究结合生物化学和热化学转化法,提出木质纤维素三大组分定向转化分级制取乙醇和生物油的生物炼制方法。首先通过乙醇发酵将纤维素转化为乙醇,其次对酶解残渣进行水热液化制备生物油。木质纤维素乙醇-生物油联产研究有助于提高木质纤维素液体燃料的能量转化率,同时为纤维素乙醇过程剩余废弃物的高值化利用提供借鉴。首先利用稀酸法对水稻秸秆进行预处理,考察了反应温度、时间、酸浓度和液固比对稻秆化学组成和物理结构的影响机制。在温度125°C、时间30 min、硫酸浓度1.0%和液固比20:1（m L:g）的预处理条件下,稻秆中66%的半纤维素和25%的木质素被去除;纤维素的相对含量提高了50%,结晶度提高了60%。预处理有效破解了木质纤维素糖化的屏障组分,在此基础上开展了预处理稻秆分步糖化发酵产乙醇的实验研究。确定了最佳酶解发酵条件:酶解温度50°C、时间48 h、p H 4.8、纤维素酶浓度50 FPU/g和液固比30:1（m L:g）;发酵温度30°C、时间24h、酵母接种量6.0%及分别添加5.0 g/L的KH2PO4、2.0 g/L的（NH4）2SO4和0.2g/L的Mg SO4·7H2O。在此条件下,酶解率为72%,乙醇得率为68%。对酶解残渣进行了水热液化制备生物油的研究,揭示了反应温度和时间对其液化行为的影响规律。反应温度320℃、时间40 min时,生物油收率达到最大为31.6 wt%。生物油的主要化学成分为酚类和酮类,热值达到31.4 MJ/kg。提出了基于铝-水反应制氢的原位供氢方法,并在Ni-Mo-S/γg-Al2O3催化下对酶解残渣进行了加氢液化。研究表明,原位供氢催化液化下,生物油中的酚类和酮类含量明显减少,烃类化合物的含量显著增加;生物油的理化特性得到改善。乙醇-生物油联产的能量回收率达到55.9%,高于单独制备乙醇或生物油的能量回收率。利用Aspen Plus软件对乙醇、生物油、木糖及热电多联产进行了过程模拟,结合（火用）分析方法对系统进行了（火用）效率分析,得出系统整体（火用）效率为67.4%,高于常见的乙醇-热电、乙醇-木糖-热电及乙醇-生物气-热电联产系统的（火用）效率。
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