酸性亚硫酸氢钠预处理对杨木木质素的影响开题报告

1. 研究目的与意义

经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。然而燃料乙醇的生产如均以糖类或粮食为原料，其产量受到粮食资源的限制，难以长期满足能源需求。从长远考虑必须进行科技创新，扩大原料来源。含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。

速生杨是我国主要的人工林种之一，其生长周期短且便于长期储存和运输，是制浆造纸行业主要原料之一。中国杨木主要产自江苏、安徽、浙江、湖北、河南、山东、陕西，其种植面积约600000km2。杨树作为一种富含木质纤维的速生材树种，已成为生物乙醇生产的潜在原料，以杨树为原料的生物乙醇生产技术是当前研发热点。

酸性亚硫酸氢钠预处理主要作用是去除木质纤维原料的部分木质素和半纤维素，可显著提高木质纤维原料酶水解可发酵糖的转化效率。delro等研究表明，在亚硫酸盐制浆过程中木质素的结构比其含量对制浆得率有更大的影响。在木质纤维原料的酶水解的过程中，木质素结构是影响其酶水解效率的主要因素之一。木质素结构单元主要有愈疮木酚基丙烷（g），紫丁香基丙烷（s），对-羟基苯丙烷（h）三种。木质纤维原料碱性硝基苯氧化产物主要反映木质素非缩合部分的含量及其三种单元的比例。针叶材木质素的主要结构单元为愈疮木基丙烷，阔叶材木质素的主要结构单元为愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷，其非缩合部分的愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷的摩尔比一般为l︰1～3。本试验主要探讨了亚硫酸钠预处理h-因子和用碱量对杨木木质素的影响，并运用碱性硝基苯氧化方法研究木质素化学结构和降解特征。

2. 国内外研究现状分析

在美国，政府积极鼓励燃料酒精的生产和使用。在政府的大力倡导下，燃料市场上的份额已达到8%。除此之外，加利福尼亚和纽约用城市垃圾生产酒精的建厂计划亦在进行中。在巴西，酒精工业是国民经济的支柱，他们利用榨汁后的蔗渣发酵燃料酒精。到目前为止，巴西所产汽车90%采用酒精燃料发动机，全国一半多的交通工具使用的是酒精燃料。日本的研究者对纤维素的酒精发酵也作了大量的研究，日本通产省从1980年起制定了生物质燃料化的七年研究开发计划，并设置了生物质研究委员会，经费预算总额为260亿日元，其中技术开发费用达124亿日元。日本工业技术研究院微生物工业研究所从1979年起，开始进行稻草、废木材能源化的研究，目的是降低成本、进行工业化生产，至今酒精发酵技术已基本完善。英、法、印度等国也都在计划生产燃料酒精。综上所述，在国外，以纤维质为原料生产酒精费正逐步走向一个技术成熟的阶段。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

木质素原料主要由纤维素、半纤维素、和木质素组成，木质素与半纤维素以共价键形式结合，并将纤维素分子包埋其中，形成一种坚固的天然屏障，使纤维素酶很难接近纤维素并使其降解，而预处理的目的是使纤维素与木质素、半纤维素等分离，并破坏纤维素内部的氢键，使之由结晶态转化为无定型态，同时打断部分糖苷键，降低聚合度，提高原料的孔隙率，使后续的水解和发酵工作更顺利的进行，因此，预处理在木质纤维素乙醇的生产过程中非常的重要。

木质纤维素组成微细纤维，而木质素和半纤维素则填充在纤维之间和微细纤维之间。木质纤维原料受其木质素含量及结构，纤维素结晶度等一些因素的影响，对其直接进行酶水解效率较低。在生产生物乙醇的过程中，需对木质纤维原料进行预处理，提高其酶水解糖化效率。

4. 研究创新点

以木质纤维素类物质生产乙醇在近30年里研究得很多，对其组分、水解方法、发酵工艺和发酵菌种等方面都进行了全面而深入的研究，为木质纤维素生产乙醇奠定了一定的基础。目前利用纤维素生产酒精的技术已基本成熟，但是由于纤维素酶的成本太高，生产过程中，酶用量偏大，导致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争，因此还要加强对以下技术的研究：

进一步研究纤维素原料的预处理、酶水解等技术

尽管近年来生物技术已取得发展，但是科技工作者仍面临许多挑战，还需要研制更加稳定的基因工程酶，研究更加低廉有效的木质纤维素类物质的预处理方法，优化生产酒精各个环节。如果能解决好这些问题，那么木质纤维素原料生物转化乙醇必将产生更大的社会效益和经济效益。