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变废为宝

发布日期:2020-05-26 04:26来源:未知 编辑:admin生物质能源

孙润仓团队开发了木质纤维素生物质的多级回收技术。

生物精华技术作为后化石资源时代解决能源、材料和化学品短缺的主要途径,正日益受到国内外研究者的重视和面临。

北京林业大学有这样一个团队,致力于将秸秆、燃烧过的木材和其他生物质转化为有价值的东西。几天前,该团队负责人、北京林业大学教授孙润仓介绍了该团队的最新科研成果:“我们开创了木质纤维素生物质多层次循环利用技术体系,实现了生物质的充分循环利用。”

  手艺研发对准工业难点

生物质炼制是一种以木质纤维素可再生资源为主要原料的新型工业模式。过程化学工业和生物技术是联系在一起的。它综合利用原材料成分和中心产品来提炼和生产液体燃料和散装化学品。孙润仓团队开发的木质纤维素生物质多层次资源管理流程依赖于生物质提炼技术。

中国有大量的木质纤维素生物质。仅秸秆生物质的年产量就要高出7亿吨。它是造纸、化学工业、纺织和生物能源工业的主要原料。众所周知,生物质主要由少量提取物、半纤维素、木质素和纤维素组成。然而,我国木质纤维素生物质长期处于单组分循环利用状态,导致其他组分的破坏和废弃,造成生物质资源的巨大消耗。

例如,传统造纸工业和纤维素乙醇性质仅使用纤维素。生产一吨纤维乙醇,废物高达5吨。特别是我国木质素年产量超过1100万吨,但有效利用率不足20%。糠醛和木糖醇工业仅使用半纤维素,残渣高达75%以上,导致资源严重枯竭。

这种传统的生物质单组分直接转化作业存在资源浪费严重、产品附加值低、污染严重的缺点。

孙润仓介绍说,木质纤维素生物质精炼和多层次资源化操作技术的发展、更新和应用是传统制浆造纸性能增长模式的一次革命和创新,对新兴的生物质材料和化学性能产生直接影响。

然而,在木质纤维素生物质的多级再循环中存在两个技术难题。“首先是木质纤维素生物质的所有成分的清洁和高效分散,其次是分散成分的高效转化和应用以及家庭使用的整合。”孙润仓说。

经过多年攻关,孙润仓团队开发的木质纤维素生物质多级回收技术成功解决了生物质资源利用单一、原料消耗严重、污染严重等技术难题。该团队还开发了八大类生物质主导产品,如生物活性分子产品、超高纯度低聚木糖、木质素酚醛胶等。实现生物质资源的充分利用。

  为企业解决老迈难问题

山东龙力生物科技有限公司(以下简称龙力生物科技)是一家专业从事生物质能开发的企业。长期以来,龙力生物一直直接利用水解去除半纤维素后的玉米芯残渣(主要成分为纤维素和木质素)进行酶解和发酵生产纤维素乙醇。然而,由于木质素的存在,纤维素的酶解效率大大降低。

在北京林业大学了解到这一情况后,该校相关部门牵头开展了孙润仓团队与龙力生物的合作,将木质纤维素生物质的多层次循环利用推广到龙力生物。

孙润仓说:“根据企业生产的实际需要,我们提出了一种热耦合稀碱处理工程用水的新技术,即第一步只是水热预处理,第二步是稀碱处理分离高纯度木质素和纤维素,然后分离制备木质素酚醛胶和纤维乙醇。”

在龙力生物在孙润仓团队技术指导下开发的联产产品中,超高纯度低聚木糖纯度超过97%,

经过双方合作,龙力生物不仅去除了大部分吸附在纤维素表面的木质素,而且增加了酶对纤维素的可及性,提高了酶解效率。随后,龙力生物还对提取功能糖后的废渣进行了二次开发,利用废渣中的纤维素生产了第二代生物燃料————纤维乙醇。将纤维乙醇按10%的比例掺入汽油中,制成乙醇汽油,可减少废气污染物排放量30%以上,显著降低PM2.5的排放量

孙润仓表示,通过技术改造,1吨乙醇所需原料从4.9吨减少到5.4吨,减少到3.2吨,1吨乙醇酶成本降低35%以上,提升了木质纤维素生物质多层次资源化利用的整体经济效益。

龙力生物进一步从玉米芯废渣中提取木质素成分,生产新型绿色高分子材料木质素,可作为新型保温材料、隔热材料、染料分离剂、橡胶添加剂等材料的原料,应用于化工、建筑、制造等领域。

据了解,由孙润仓团队牵头,龙力生物等单位完成的“木质纤维生物质多层次资源锻炼链接工艺与应用”项目获得了2016年国家工艺发现奖二等奖。

  企业纷纷找上门要手艺

与龙力生物的合作使孙润仓团队在业内闻名。“近年来,我们的团队与北京、山东、广东、湖南、新疆等地的实验室、工程中心和企业进行了合作,并取得了显著成效。”孙润仓告诉记者。

例如,孙润仓团队与北京碳世纪科技有限公司合作,研究石墨烯材料在木材改性和特种纸张加工中的应用。与北京市第二中学合作,开展了纤维素酶水解和生物乙醇制备的研究。

2016年,孙润仓团队与湖南省鄢陵县江陵木业有限公司合作开发木质素基环保酚醛树脂胶粘剂。该团队教导企业以技术转让的形式手工生产木质素基环保酚醛树脂胶粘剂。孙润仓表示:“通过一年的合作,该企业在2017年生产了20万吨环保型酚醛树脂胶,提高了整体利润水平。”

此外,孙润仓团队还与江苏徐州飞亚木业有限公司合作开发生物质木质素高强度耐候胶的制备技术。与山东临沂程煜化工有限公司合作启动年产13.5万吨醋酸乙烯项目;与四川西龙胜材料科技有限公司合作,研发竹制天然彩纸产品的抗菌功能和推广技巧。与新疆中兴生物资源开发有限公司合作,开始利用农林废弃物开发生产木醋液和活性炭。

随着科学研究的深入,孙润仓团队在半纤维素和木质素研究方面发表了多篇高水平的SCI论文。"手工艺促进生产,生产反馈科学研究."多年的企业合作也为孙润仓团队带来了丰硕的成果。孙润仓团队中的许多年轻学者获得了国家杰出青年科学基金和国家杰出青年科学基金的资助。

孙润仓指出,今后,我们将在建设生物质资源利用研究基地方面取得进展,解决生物质转化为材料、化工和新能源领域的深层次科学问题和关键工程技术,推动本地区低碳经济模式的建立。(郑金吾)

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