生物质精炼与制浆造纸相结合的研究与发展

摘要：简述了生物质精炼和制浆造纸相结合的方法，制浆造纸的方法为生物质精炼提
供了理想尺寸的水解底物。综述了纤维素酶、木聚糖酶、漆酶等在制浆造纸中的应用，分析

了两者在应用过程中产生的问题和发展前景。
关键词：制浆造纸；生物质精炼；磨浆能耗；成浆质量

目前，人类面临着全球环境污染、资源短缺、能源危机等一系列问题。石油、煤和天然

气等能源的开采已不能满足人类日益增长的物质需求，所以生物质精炼的提出和发展，
为解决这一系列问题提供了一种根本性的新方法。

生物质精炼是一种可环境友好地将木质纤维素原料转化为高附加值、多元化的生物质

产品和能源，是综合多种生物转化技术和设备，将木质纤维素转化为燃料、电力和各种化
学品的一种技术。目前，国内外对生物质的研究和应用主要体现在能源作物、燃料乙醇、生
物柴油、生物质能、沼气、生物质材料等几个方面。

全球生物质精炼的研究和发展给制浆造纸工业带来了巨大的挑战，同时也提供了很

好的发展机遇。制浆造纸工业为生物质资源的巨大消耗者，其与生物质精炼的结合时多方
面的。生物质精炼的原料可以是各种农作物秸秆，如玉米秸秆、麦草秸秆、棉杆等；也可以
是丰富的林木资源。我国每年仅农作物用秸秆产量就达到 7 亿吨，相当于 3.5 亿吨煤炭资
源。利用各种处理原料的制浆方法对原料进行预处理，可以提高酶水解木质纤维素原料的
效率，进一步提高乙醇转化率和转化效率。

制浆造纸工业目前面临着能耗高、污染严重等问题。利用生物质精炼的方法对原料或

浆料进行预处理，在磨解过程中降低能耗，漂白过程中减少漂液的用量、提高纸浆质量等。
加拿大某纸厂利用生物质精炼后的残渣作为制浆造纸原料，生产出符合要求的纸张。制浆
造纸工业目前面临着能耗高、污染严重等问题。
1 基于制浆造纸平台的生物质精炼模式
1.1 蒸汽爆破法在生物质精炼中的应用

蒸汽爆破法是在高温高压的条件下向装有原料的反应釜中通入蒸汽，并通过瞬间减

压过程实现原料组分的分离和结构的变化。在爆破过程中，首先是蒸汽渗透到植物纤维原
料内部，然后发生气相蒸煮，使木质纤维素发生软化和部分降解，最后减压爆破实现原
料组分的分离。在整个过程中发生了水解、热解、机械断裂、氢键破坏等作用。Soderstrom J
采用蒸汽爆破法预处理阔叶木和农作物，结果表明：首先采用硫酸预浸处理，然后进行
两步湿氧化法处理，可以提高总糖和乙醇的产量。第一步在低强度下
（180℃ 、10min 、0.5％H

），目的是使半纤维素水解，第二步是在高强度下

（200℃ 、2min、2％H

），使大部分的纤维素水解，而且使纤维素的可及度提高。

1.2 机械磨解在生物质精炼中的应用

机械磨解过程分为三个阶段，首先木片在破碎区被解离成碎片，然后通过粗磨区被

离解成纤维，最好通过精磨区使纤维切断成细小纤维。整个过程中机械切断起到主要作用，
通过调节磨解间隙来调节磨浆的程度，间隙越大，打浆度就越大；反之，则越小。但是机
械磨解并没有使组成植物纤维的三大组分完全分离。在生物质精炼方面使用机械的方法，
可以提高酶处理原料的可及度，提高酶水解纤维素的效率。但是此方法的不足之处在于：
结晶态的纤维素转化为无定形态的纤维素后非常不稳定，容易重新结晶化，所以使应用
受到限制。
1.3 利用硫酸盐浆作为生物质精炼的原料

在制浆造纸中，通过蒸煮可以脱除木素，。首先化学药品通过渗透作用接触到原料，