湖南造纸

工艺与技术

半纤维素生产燃料乙醇的热水预抽提技术

杨恒

张素风陕西科技大学造纸工程学院陕西西安（710021）

摘要：结合生物质精炼的理念，可以在植物纤维原料蒸煮之前，通过热水预抽提的方式，先抽提出

部分半纤维素。抽提出的半纤维素经分离后可以通过水解、发酵制取燃料乙醇；抽提后的植
物纤维原料仍用于制浆造纸。这样既可以做到生物质资源的充分、可持续利用，又能为制浆
企业带来附加经济效益。

关键词：热水预抽提；燃料乙醇；半纤维素

能源是人类社会生存和发展的物质基础。面对

全球的资源短缺与能源危机，生物质资源由于其可
再生性和环保性而越来越受到人们的重视。制浆造
纸行业是木质生物质资源的主要利用途径之一，但
是，长期以来除了纤维素纤维用于制浆造纸外，在
化学法制浆过程中，分别占植物纤维原料质量约
20％

和 30％的半纤维素和木素会被溶解到蒸煮废

液中。蒸煮废液通常是通过碱回收系统燃烧，用来
生产蒸汽、电能和回收氢氧化钠等化学药品。但是，
半纤维素的燃烧值很低，远低于木素的燃烧值，半
纤维素没有得到有效利用。

近年来，随着生物质精炼技术的发展，对木质生

物质原料中半纤维素的分离利用，如发酵制取燃料乙
醇等产物的研究越来越受到研究者的重视。目前，半
纤维素生物精炼的新模式是在传统的蒸煮前，通过预
抽提的方式，先抽提出部分半纤维素。抽提出的半纤
维素经分离后可以通过水解、发酵制取乙醇或直接提
取乙酸等化学品；抽提后的植物纤维原料仍可用于制
浆造纸。

热水预抽提技术具有成本低，对环境无污染，能

耗低，半纤维素的水解率和回收率高等优点，是近年
来研究的热点。开展制浆造纸与生物质精炼相结合的
研究对我国植物纤维资源的高效利用、环境保护以及
提高制浆造纸产业的经济效益都具有现实和长远的
意义

[1]

。

热水预抽提技术概述

半纤维素是自然界含量第二丰富的糖类资源。充

分利用木质生物质中的半纤维素已成为当前生物质

精炼的热点。蒸煮前通过预处理提取半纤维素，这是
目前结合制浆造纸工业而研究的生物质精炼方式
之一。

现有的预处理方法主要有物理法、化学法、物理

化学法和生物法。物理预处理方法主要包括机械粉
碎、微波和超声波预处理、蒸汽爆破和热水预抽提等。
化学预处理方法主要包括酸水解、碱水解、臭氧法、有
机溶剂法等。物理化学法主要包括氨爆破法、CO

爆

破法等。生物法预处理主要是通过真菌降解植物纤维
原料中的木质素，目前研究得最多的是白腐菌。

上述诸多方法中，机械粉碎和蒸汽爆破会破坏纤

维结构，运行成本也较高。微波处理法设备投资昂贵。
化学法预处理也存在一定的局限性，如操作危险性
强、环境污染大、能耗高、反应时间长、反应装置的耐
腐蚀要求高等。生物法预处理由于酶的成本高、活性
低，难以大规模商业化运用。而热水预抽提法不使用
酸，所以不需使用化学药品进行缓冲与中和处理，降
低了成本，对环境无污染。在热水中蒸煮时,物料颗粒
会发生破裂，不需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处
理，能耗较少，半纤维素的水解率与回收率高，并且水
解产物中中性残余物数量少。因此，热水预抽提技术
具有很好的发展前景。

热水预抽提实质上是稀酸处理法的演绎。在高压

下，水仍可以维持液态，其介电常数随温度的升高而
增大，在 200℃时，纯水的 pH 值接近 5。高温高压下，
水可以穿透生物质的细胞壁，水合纤维素，去除半纤
维素。通过优化热水预抽提的工艺参数，在抽提半纤
维素的同时，可以尽量使纤维素和木素保留在物料
中。热水抽提液中的半纤维素经过膜分离后，可以通

作者简介：杨恒，男，1984—，陕西科技大学造纸学院，在读硕士研究生，研究方向：生物技术与制浆造纸。