生物炼制过程中木质素高值转化研究进展

木质素高值转化对于提升生物炼制经济性,促进社会经济绿色发展具有重要意义。然而,木质素结构复杂且不均一,其高值化利用仍存在技术壁垒,使得木质素应用尚未形成规模。文中首先综述了当前生物炼制过程中木质素高值转化面临的主要挑战。然后通过比较不同预处理技术对木质素分离、性质及其利用的主要影响,详细阐述了基于生物炼制理念发展的新型组合预处理技术。其次,针对木质素本征结构特性导致其利用效率低等问题,进一步详述了溶剂分级、膜分级、梯度沉淀分级等分级利用策略对克服木质素不均一性,改善其可加工性能的重要影响。再次,针对木质素利用策略,系统比较了木质素热化学转化和生物转化,结合生物质预处理及木质素分级,阐述了以生物炼制理念进行木质素高值转化的新策略。最后,总结了木质素利用过程中存在的挑战性问题,展望了木质素高效分离、分级及转化过程发展的新策略和新趋势。     

木质素合成研究进展

木质素是植物体内一类重要的大分子有机物,具有支持、保护和运输等生物学功能。然而,木质素的存在对植物资源的利用有一些不利影响,主要体现在导致造纸污染严重及影响牲畜对饲草的消化和吸收等。通过生物工程手段调控木质素的合成具有重要的环境保护价值和经济价值,已经成为国际上生命科学研究的热点之一。近年来,这一领域发展十分迅速。本文介绍了木质素生物合成途径,重点综述了调控木质素合成的手段及限速酶研究方面的最新进展,并提出存在的问题及展望。     

木质素酚醛树脂的研究进展

综述酚醛树脂发展史、种类、合成机理及进展,由于木质素分子中有酚羟基和醛基,因此使用木质素既可改善胶粘剂的性质,又可节约苯酚的用量,降低甲醛释放量,达到废物利用与保护环境的目的。重点论述了新型改性酚醛树脂的研究进展,尤其木质素改性酚醛树脂,并对新型酚醛树脂复合材料的发展方向和前景作了展望。     

木质素的微生物解聚与高值转化

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的“生物漏斗”式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。     

木质素生物炼制研究进展

木质素为天然的芳香族聚合物,是自然界第二大丰富的可再生碳源,占木质纤维素干重的15%~30%。因木质素富含芳香族结构,故其具有极高的应用价值。生物法转化利用木质素具有专一性强和环境友好等特点,使得木质素生物炼制成为研究热点。本文根据国内外研究进展,从木质素降解酶的研究现状、芳香族化合物胞内代谢途径及木质素生物基化学品研究进展等几个方面做了综述。     

细菌降解木质素的研究进展

木质素是自然界最丰富的芳香化合物,其分解与陆地上碳循环密切相关。提取木质纤维素中的葡萄糖使其转化成乙醇,是生产第二代生物能源的关键步骤。但是由于木质素是一种非常稳定的化合物,难以降解是实现生物乙醇转化的主要屏障,因此关于木质素的生物降解研究具有非常重要的意义。真菌降解木质素的研究已经深入的进行了多年,并取得丰富的成果,但是关于细菌降解木质素的研究还处在初级阶段。由于广泛的生长条件和良好的环境适应能力,细菌在木质素降解方面深受研究人员的关注。本文通过总结前人的研究成果,讨论了木质素的降解机制、代谢途径及细菌降解木质素的工业应用前景,同时还展望了分子生物学及生物信息学在木质素降解方面的应用前景。     

工业木质素预处理及催化转化苯酚

传统化石能源日益枯竭以及环境污染压力日益加大使得开发以生物质为代表的可替代能源迫在眉睫,木质素作为仅次于纤维素的生物质中第二大主要成分用来制备高附加值化学品是提高生物质资源利用效率的关键。本文将工业木质素进行预处理后采用双液相反应体系将工业木质素转化为苯酚等化合物,使用微波辐照代替传统的加热,考察了预处理方式、温度、时间等条件对产物收率的影响。结果表明,以1-甲基-3-乙基咪唑醋酸盐([EMIM]OAc)处理的工业木质素在微波反应器输出功率为400 W、反应温度为90℃、催化剂为1-甲基-3-胺乙基咪唑四氟硼酸盐([AEMIM]BF4)双液相反应体系中反应60 min苯酚的收率最高可达8.14%。     

微生物法降解木质素的研究进展

生物质是代替石化资源生产能源和化学品的关键资源,木质素作为植物细胞壁的主要成分已经在很多行业中得到了广泛的应用。然而,由于木质素结构复杂且难以降解,成为生物质资源利用的最大障碍,因此,去除或者降解木质素是利用细胞壁中其他成分的关键步骤。许多行业使用有害化学物质降解木质素,严重危害了生态环境,自然界中木质素经常被包括真菌和细菌在内的微生物降解,因此,研究微生物降解木质素的机制为解决这一问题提供了可能性。本文讨论了木质素的化学组成成分,重点讨论了自然界降解木质素的微生物种类及其降解机制,包括各种真菌和细菌的木质素降解活性,描述了由各种微生物特别是白腐真菌、褐腐真菌和细菌产生的木质素降解酶,并展望了今后木质素生物降解的研究和应用的可能方向。     

微生物降解秸秆木质素的研究进展

我国秸秆资源丰富,每年产生逾8亿t作物秸秆。通过秸秆直接还田或肥料化还田不仅可以减少化肥的施用量,缓解农业污染压力,还能实现农作物秸秆的循环利用。木质素结构复杂,且与纤维素和半纤维素相互缠绕,因此秸秆的自然腐解过程中,木质素是主要的限速因子,为了提高降解效率,木质素降解菌的发掘和降解机制也逐渐成为研究热点。本文综述了降解木质素的真菌和细菌的研究现状,对比其真菌和细菌降解特性的优缺点并分析复合降解菌群的优势。随后对木质素降解酶系的酶学性质、在不同微生物中的表达特性进行总结,对木质素降解机制及衍生芳烃代谢路径的研究进展进行综述。最后整理木质素降解微生物在秸秆肥料化技术中的应用进展,并探讨了微生物降解秸秆木质素的应用前景和未来的研究方向。     

木质素的生物合成及其调控研究进展

木质素是植物体中仅次于纤维素的一种重要大分子有机物质,具有重要生物学功能,其3种主要单体的生物合成途径已经基本清楚。从木质素生物合成及基因工程在调控木质素生物合成中的作用等方面的研究进展进行了综述,并提出了存在的问题及对策。     

木质素生物合成及其基因工程研究进展

木质素是维管植物的一种主要组成成分,是植物适应陆地环境的重要特征之一.然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业与畜牧业生产中的应用,因此其生物合成调控的研究引起人们极大关注.随着各种分析技术和手段的提高,该领域研究取得了突破性的进展.该文重点阐述这些新进展,同时较系统地介绍利用基因工程技术调控木质素生物合成的研究成果,并提出一些关于更有效地利用生物技术手段改良造纸资源植物品质的建议.     

生物法处理木质素的研究进展

对生物法处理木质素进行了简要概述,包括微生物降解、生物法酸析提取木质素以及生物法纯化木质素的效果及其研究进展.生物法处理木质素对资源的合理利用、经济的发展以及环境保护具有重要的意义.     

植物木质素合成调控与生物质能源利用

植物木质素生物合成调控研究已在造纸树种与饲草品质的改良中取得了许多进展。随着对木质纤维原料乙醇发酵研究的兴起,植物木质素合成调控再次成为研究热点。该文总结了目前生物质能源利用的现状,同时针对木质素在木质纤维乙醇发酵中的限制作用,综述了近年来植物木质素合成调控的研究进展,提出了今后的研究方向和内容,并展望了木质素合成调控在木质纤维乙醇发酵中的应用。     

植物木质素合成调控与生物质能源利用

植物木质素生物合成调控研究已在造纸树种与饲草品质的改良中取得了许多进展。随着对木质纤维原料乙醇发酵研究的兴起, 植物木质素合成调控再次成为研究热点。该文总结了目前生物质能源利用的现状, 同时针对木质素在木质纤维乙醇发酵中的限制作用, 综述了近年来植物木质素合成调控的研究进展, 提出了今后的研究方向和内容, 并展望了木质素合成调控在木质纤维乙醇发酵中的应用。     

铁还原菌在水资源再生与能源转化领域的研究进展

铁还原菌是一种典型的异化金属还原菌,广泛分布于海洋沉积物、陆地深地层等自然环境,该类细菌可以将铁氧化物中的Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),在铁、碳的生物地球化学铁循环中发挥重要作用。铁还原菌的末端电子不局限于Fe(Ⅲ),还可以是其他高价金属、有机污染物,可用于土壤、地下水的污染修复和毒性削减。在微生物电化学系统中,铁还原菌氧化有机物产生的电子直接传递给电极,可以产生电能。基于这种独特的胞外电子传递方式,衍生出了微生物燃料电池、微生物电解池、微生物脱盐电池、微生物燃料电池耦合芬顿反应以及光催化微生物燃料电池,常用于微生物发电、生物传感器、生物制氢、定向发酵、海水淡化、生物脱盐和污染物分解矿化。本文从异化铁还原菌的代谢机制、微生态作用、环境修复、水资源再生与能源转化四个方面,综述了铁还原菌的作用原理及国内外研究现状,分析论述了目前亟需解决的关键问题和未来的研究方向,以期为铁还原菌的基础理论研究和应用技术研发提供参考。     

木质素基吸附剂应用于废水处理的研究进展

木质素基吸附剂是木质素高值化利用的重要领域之一.本文对木质素基吸附剂应用于废水处理的研究进行综述,介绍木质素基吸附剂应用于废水处理的研究背景及现状,着重总结官能团改性木质素基吸附剂对染料、重金属离子的吸附效果.木质素官能团改性可以在木质素上引入新的官能基团,从而提高吸附剂对污染物的吸附性能,对污染物有很好的脱除效果,可...     

木质素生物合成途径及调控的研究进展

木质素是植物体中仅次于纤维素的一种重要大分子有机物质,具重要生物学功能。木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度,利于疏导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。陆生植物的木质素合成是适应陆地环境的重要进化特征之一。然而,制浆造纸的中心环节是用大量化学品将原料中的木质素与纤维素分离,纤维素用于造纸,分离的木质素等成为造纸工业的主要废弃物,对江河湖海的污染触目惊心。脱木质素的化学品投入及废液的碱回收处理需大量耗能并增加造纸成本。饲草的木质素还影响牲畜的消化与营养吸收,木质素含量的高低是饲草优劣…     

木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展

木质素是植物体内含量仅次于纤维素的一类高分子有机物质,在植物体的机械支持、水分运输及抵抗外界不良环境的侵袭方面起着重要的作用。然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业、纺织业、畜牧业生产中的应用。木质素代谢过程中存在多基因现象使得木质素的合成途径出现多样性,利用共抑制、反义抑制等转基因技术开发低木质素含量的优良新品种具有重要的意义。