天然纤维素致密的晶体结构严重阻碍了化学物质及纤维素酶与纤维素表面的有效接触和 作用。所以，对天然纤维素有效利用之前必须降低它的结晶度，而一种高效的方法就是破坏 结晶区的氢键作用，这可很大程度上减小纤维素的结晶度。在纤维素催化转化反应中通常会 应用一些预处理方法来降低纤维素的结晶度，包括溶胀、部分酸水解和球研磨等，这对纤维 素的水解程度起很大的促进作用，便于进一步开发生物燃料或其它化工原料。常见的降解方 法有酸碱水解、酶水解、固体酸水解等。其中纤维素酸水解法的研究较早[15]，也是目前工业 上应用最多的方法。77077

浓酸水解

浓酸水解指在较低温度下纤维素溶解于 42%的盐酸、77-88%的磷酸或 72%的硫酸当中发 生的均相水解[16]。纤维素晶体结构先发生润胀或溶解在酸中，并与酸中的氢离子形成酸的复合物部分水解生成低分子多糖和少量单糖，此时加适量水稀释溶液并加热一段时间则进一步 水解为葡萄糖。浓酸水解技术的研究最早报道于 1883 年，经过一百多年的改进，技术已经较为成熟。

1 浓酸水解的优缺点及改进

浓酸水解的优点在于它的反应温度和压力都较低，并且糖的回收率高，甚至可以达到 90% 以上[17]。但浓酸水解因为其高浓度的酸与设备接触，会对设备造成的严重腐蚀，需要采用耐 强酸腐蚀材料，这样设备成本会大幅提高。浓酸水解还会造成环境污染以及难以回收的问题， 这都限制了浓酸水解的进一步发展。但由于浓酸对于纤维素类物质具有良好的去结晶作用[18]， 许多人仍然致力于改进浓酸水解法。例如，2010 年 Chu[19]等人在 313K 的条件下利用 55%的 浓硫酸处理棉纤维 40min 后，再使用阴离子交换树脂有效地分离浓硫酸与还原糖，最后得到 了 73。9%的还原糖产率。利用阴离子交换树脂分离浓硫酸为以往浓酸水解中的酸液回收问题 提供了一种新的解决思路。新的复合材料的研发也许能进一步解决浓酸的腐蚀问题，这都需 要今后开展更多的研究工作。

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稀酸水解的原理

稀酸水解也是一种常用的水解方法，指用 10%以内的硫酸或盐酸等无机酸作为催化剂。 其催化原理如图 1-4 所示，溶液中的氢离子对β-1,4 糖苷键的氧原子进行质子化，使其变得不 稳定，容易和水反应，然后水分子进攻α-C 原子而使β-1,4 糖苷键发生断裂，同时又放出氢离 子，使反应往复进行，从而实现纤维素长链的连续解聚，直到分解成为最小的单元葡萄糖[20]。 由此可以看出，纤维素的水解程度直接受纤维素长链中β-1,4 糖苷键的断裂程度的影响。

稀酸催化纤维素水解原理示意图

早期稀酸水解工艺通常采取一步水解法，就是将纤维素直接放在稀酸中进行长时间水解， 这会造成某些糖类物质在生成之后无法及时取出反应容器就发生进一步的降解反应[21]，生成 一些无用或者有害的降解产物，这不仅降低了还原糖的产率，还可能会抑制原反应的进行。 针对这一缺点，Kim 等人提出了一种两步水解法，就是在不同条件下分开水解半纤维素和纤 维素，以达到提高还原糖产率的目的。其中第一步是在比较温和条件下水解生物质中的半纤 维素，产物主要是五碳糖，然后分离出酸液和糖液等待第二步反应；第二步是将第一步分离 糖液中未发生反应的纤维素进行稀酸催化水解，产物主要是葡萄糖，条件比第一步更严苛。 1。3。2。2 影响稀酸水解的因素

在水解的过程中，纤维素原料颗粒大小、液固比、反应温度和时间、酸种类和浓度以及 助催化剂种类及浓度等都是影响反应程度的重要因素[22]。纤维素原料的颗粒越细，则原料与 催化剂的接触面积也越大，而且当反应较快时，生成的单糖能及时地从颗粒表面移去，这些 都有利于反应的进行。液固比指水解液的体积比上纤维素原料的质量。一般来说，单位纤维素固体原料的产糖量随着液固比的增加而增加，但同时水解的成本也会增加，因为所得糖液 浓度下降会使后续发酵和蒸馏等工序更加的繁琐，综合考虑通常采用的液固比为 5-20m L/g[23]。 纤维素水解研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_88534.html