版纳植物园发现水解微晶纤维素的新方法

2011-11-28 13:32 来源: 中国科学院
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  天然纤维素分子间和分子内存在大量的氢键,具有较高的结晶度,具有聚集态结构的特点。在生物燃料的生产过程中,最为关键的步骤是纤维素充分水解成为葡萄糖。纤维素的高结晶度,强烈地阻碍了酸、碱、酶或者固体催化剂与纤维素分子内部的接触,极大地延长了水解的周期、增加了催化剂的用量。为消除天然纤维素这一局限,需对其微晶结构进行修饰或者破坏,使其结构变得松散,从而有利于催化剂与纤维素底物的有效接触和水解。

  当前,物理化学法作为最有效的的预处理方法,仍存在着设备要求较高,操作复杂等问题。随着技术的进步和发展,室温型离子液体作为一种新型的用于纤维素预处理的溶剂,逐渐进入了人们的视线。室温型离子液体是在室温下,内部分子完全电离一种绿色溶剂。部分离子液体如3-甲基-1丁基咪唑氯盐[BMIM]Cl或者3-甲基-1烯丙基咪唑氯盐[AMIM]Cl,可以有效地溶解一定数量的微晶纤维素。纤维素可以通过加入水等沉淀剂,很容易被再生。纤维素经这一处理后,水解效率可以大大得到提高。离子液体经过简单过滤和蒸馏,可以循环利用。据相关文献报道,使用离子液体预处理后,纤维素的水解率能够以3-10倍的幅度提高。离子液体是一种绿色高效的纤维素预处理方法,但是使用离子液体进行预处理工艺的成本过高,阻碍了离子液体的应用前景。这些因素主要表现在:离子液体价格高,预处理中用量大;离子液体黏度较高,不仅增加了搅拌的能量损耗,且造成传质不均并导致溶解效果变差、溶解时间的延长。

  鉴于此,中科院西双版纳热带植物园生物能源组博士生田霄飞在导师方真研究员的指导下,率先在预处理过程中使用了由离子液体与特殊的极性有机溶剂(例如:二甲基亚砜,二甲基甲酰胺等)组成的称为有机电解质的一类溶剂。相比单一的离子液体的溶剂体系,具有快速溶解、低黏度、低成本、绿色等应用优势,可实现微晶纤维素的高效预处理。

  该研究成果以Pretreatment of Microcrystalline Cellulose in Organic Electrolyte Solutions for Enzymatic Hydrolysis为题,发表在Biotechnology for Biofuels上。

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