您的浏览器版本太低,请使用IE9(或以上)、谷歌、火狐等现代浏览器。360、搜狗等浏览器请使用高速模式。

新闻动态

生物质生物炼制清洁生产与土壤修复相结合的创新策略助力农业循环经济的可持续发展

发布日期:2020-02-24   浏览次数:

    我院董仁杰教授研究团队联合丹麦奥胡斯大学吴树彪副教授提出将生物炼制行业的预处理废液资源化利用与重金属污染土壤修复相结合的创新策略:利用生物质预处理废液合成具有重金属络合能力和电子转移能力的类腐殖酸物质用于土壤重金属污染的修复。 
  中国地域辽阔,农业生物质资源丰富,每年产生的农作物秸秆高达9亿吨,数量居世界首位。农作物秸秆作为一种木质纤维素资源,富含大量的纤维素,半纤维素和木质素等成分,其中纤维素是生产生物燃料的重要原料。通过生物炼制技术将纤维素转化为生物乙醇/生物柴油等生物燃料,可以显著减少对化石燃料的依赖以及燃烧化石燃料所产生的环境问题。但是由于农业生物质中木质纤维素结构的高结晶度特性,预处理便成为了整个生物炼制过程的关键性步骤。目前,化学预处理(碱处理)是生物炼制工业中最为常用的预处理技术,可通过去除生物质中木质素等组分,打破生物质紧密复杂的表皮结构,增大纤维素酶与纤维素的接触面积,进而提高生物质生物炼制效率。经碱预处理后的纤维素组分可用于生物炼制生产生物燃料,而木质素以及其他组分的降解产物则会大量残存于预处理废液中无法被利用。根据中国发展改革委的报告,2010年中国生物质衍生生物乙醇的年产量为160万吨,计划到2020年其产量将增加到1000万吨,这将产生约6-7亿吨预处理废液。目前常规预处理废液的处理多依托焚烧其中的木质素组分来进行处理,然而这种处理方式无疑会造成其他组分的降解产物如氨基酸类、糖类、酚类等小分子物质资源的浪费。如何进一步开发和利用这些预处理废液中的残存小分子物质,对生物炼制产业实现清洁生产和增值生产具有重要意义。 
  此外,根据中国生态环境部和国土资源部2014年发布的数据,中国约有19.4%(点位超标率)的耕地受到不同程度的重金属污染,且污染情况越来越严重,这不仅对土壤生态系统和地下水循环系统产生极大的破坏,而且每年因重金属污染造成的直接经济损失高达200亿元左右。因此,选取适宜的土壤修复剂应用于土壤修复在农业生产中具有重要意义。基于以上研究背景,中国农业大学研究团队联合丹麦奥胡斯大学研究人员共同思考的是,如果能将生物炼制行业的预处理废液中残存的有效物质进行转化回收,并用于土壤修复,这不仅对实现农业生物质的高附加值利用和生物炼制的清洁生产,而且对促进循环农业的可持续发展具有重要意义。因此,中国农业大学董仁杰教授研究团队首次探讨了尝试利用生物质碱预处理废液在过氧化氢的催化下合成并回收类腐殖酸物质,探讨了不同过氧化氢浓度,不同反应温度和时间对类腐殖酸产量的影响,并利用傅里叶红外光谱、元素分析和X射线光电子能谱等技术对合成后的类腐殖酸物质进行了表征,通过与商用腐殖酸结构和性能的对比发现,合成的类腐殖酸物质具有较高的元素组成、活性官能团含量以及较高的重金属络合能力和电子转移能力。根据该研究提出的合成工艺以及中国目前的生物炼制工业产生的预处理废液产量推算,每年可合成类腐殖酸的产量超过3万吨,在修复重金属污染土壤领域具有巨大的应用前景。这不仅对实现农业生物质的高附加值利用和生物炼制的清洁生产,而且对促进循环农业的可持续发展具有重要意义。



Produced By 大汉网络 大汉版通发布系统