文 献 综 述

一．前言

随着化石能源的日益枯竭及其引起的环境问题，生物质纤维素的资源化利用受到人们的广泛关注。所谓生物质主要是指可再生或循环的有机物质，包括农作物的秸秆、树木和其它植物及其残体。生物质是能为人类提供化学物质和燃料的可持续资源，而现在农作物秸秆的处理已经成为困扰我国主要农业产区的一个大问题。简单的燃烧模式不仅对大气环境造成了严重的污染，更是对储量巨大的生物质资源的浪费。所以秸秆的处理与资源化利用已经成为农业、资源和环境领域的重要研究热点之一。秸秆作为一种可再生资源若能够将它们转化成气体或者液体燃料（如酒精、气体燃料、柴油等）、不但可以缓解人类所面临的资源与能源危机，环境污染等一系列的问题，也可以为人类社会的可持续发展提供保证。秸秆等木质纤维素类生物质与生俱来的抗降解屏障制约着此类资源的开发利用，如何有效的水解它们成为充分利用的关键。

二．微波反应器的作用及其原理

微波技术应用于有机物合成反应，反应速度比常规方法要跟加快数十甚至数千倍，并且能合成出常规方法难以生成的物质，越来越广泛地用于材料、制药、化工及其他相关科研和教学领域，微波反应器采用世界先进的微波功率自动变频控制和非脉冲连续微波加热技术，通过高精度的非接触红外温度传感器实时监测和控制反应容器的温度。并且同时配备电磁和机械两种搅拌方式，在反应过程中可进行冷凝回流、滴液和分水等操作。

三．微波辅助处理玉米、大豆及水稻秸秆

纤维素水解主要有酸水解、酶水解、何超临界水解，其中以酸水解介质可以降低对反应器材质的要求并且省去回收酸液的步骤。但传统的纤维素水解方法都有各自的弊端，到目前为止都没有实现真正的工业化。寻找一种绿色环保的溶剂，使纤维素发生均相水解将是解决纤维素水解的关键。任强[1]等发现Cl离子液体对纤维素具有较好的溶解性能。卢曼[2]等考察了[ Amim]Cl离子液体对纤维素的溶解及纤维素酶活的影响 ,达到对纤维素预处理和直接提高纤维素酶活的目的。另外,在加热方式上,与传统的加热方式相比,微波辐射加热具有很强的穿透性,能够快速均匀加热物体并具有选择性,减少容器壁吸热造成的能量损失,同时改善工作环境,已有研究者将微波加热技术联合碱预处理用于稻草纤维素酶法糖化中。

杨明妮[3]等在微波辐射加热的条件下,以[Amim] Cl 离子液体为反应介质,进行稻草秸秆的酸水解,主要考察离子液体用量、硫酸浓度、微波功率、反应温度、反应时间等因 素对稻草秸秆酸水解情况的影响,从而得到以下结论：以[Amim]Cl离子液体为反应介质,在微波辐射加热的条件下,进行了稻草秸秆的水解制备还原糖的研究,获得了在考察范围内的最佳反应条件:[Amim]Cl离子液体用量15.0mL、质量分数为10.0%H2SO4 25.0mL、微波功率500W、反应温度85℃、反应时间60min、稻草秸秆用量25g/L,在此条件下所得到的还原糖收率达到24.54%,明显高于常规酸水解条件下所得到的还原糖收16.25%.微波辐射加热和常规加热条件下稻草秸秆酸水解制备还原糖的试验结果表明,由于微波辐射加热具有加热速度快及加热效率高等优点,因而在[Amim]Cl离子液体介质中,微波辐射加热能够促进稻草秸秆酸催化水解糖化作用,明显地提高了稻草秸秆酸水解的还原糖收率,并缩短了水解反应的时间,有利于降低能耗和节约能源。

赵希强[4]等为了研究农作物秸秆在微波辐照下的热解特性，采用定制的微波加热装置，进行了整包秸秆的微波热解试验，并对秸秆微波热解的产物和能耗进行了考察。结果表明，微波加热过程中料包内部温度分布均匀，升温迅速。微波输入功率是影响加热过程的关键因素,同时料包内部的传热传质对温度分布也有重要影响。微波加热会引发秸秆的热解反应，气体产物主要由氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等组成，通过氮吸附方法和扫描电镜分析，得到了固体产物的比表面积、孔容和孔径。微波加热时秸秆料包内部温度场均匀性较好，但是料包内部的导热和产物的扩散对温度分布有重要影响。微波功率高，料包内部温度场更均匀。微波热解电耗较大，应该合理选择微波功率和物料处理量，以提高经济性。

微波辅助NaOH预处理提高油菜秸秆酶解效率的试验中，试验借助于常压微波加热技术辅助NaOH预处理，并对处理条件进行了优化。李荣斌[5]等得到以下结果与未处理比较，经微波预处理的油菜秸秆致密结构明显破坏，利于被纤维素酶水解。微波辅助预处理的最优化条件：微波功率600W，时间5min，NaOH 0.1mol/L，温度80℃，经预处理后的油菜秸秆酶解率可达28.09%，较未处理前增加2.75倍，显著提高了酶解效果。