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    新聞動態

    生物質生物煉制清潔生產與土壤修復相結合的創新策略助力農業循環經濟的可持續發展

    發布日期:2020-02-24    瀏覽次數:

        我院董仁杰教授研究團隊聯合丹麥奧胡斯大學吳樹彪副教授提出將生物煉制行業的預處理廢液資源化利用與重金屬污染土壤修復相結合的創新策略:利用生物質預處理廢液合成具有重金屬絡合能力和電子轉移能力的類腐殖酸物質用于土壤重金屬污染的修復。 
      中國地域遼闊,農業生物質資源豐富,每年產生的農作物秸稈高達9億噸,數量居世界首位。農作物秸稈作為一種木質纖維素資源,富含大量的纖維素,半纖維素和木質素等成分,其中纖維素是生產生物燃料的重要原料。通過生物煉制技術將纖維素轉化為生物乙醇/生物柴油等生物燃料,可以顯著減少對化石燃料的依賴以及燃燒化石燃料所產生的環境問題。但是由于農業生物質中木質纖維素結構的高結晶度特性,預處理便成為了整個生物煉制過程的關鍵性步驟。目前,化學預處理(堿處理)是生物煉制工業中最為常用的預處理技術,可通過去除生物質中木質素等組分,打破生物質緊密復雜的表皮結構,增大纖維素酶與纖維素的接觸面積,進而提高生物質生物煉制效率。經堿預處理后的纖維素組分可用于生物煉制生產生物燃料,而木質素以及其他組分的降解產物則會大量殘存于預處理廢液中無法被利用。根據中國發展改革委的報告,2010年中國生物質衍生生物乙醇的年產量為160萬噸,計劃到2020年其產量將增加到1000萬噸,這將產生約6-7億噸預處理廢液。目前常規預處理廢液的處理多依托焚燒其中的木質素組分來進行處理,然而這種處理方式無疑會造成其他組分的降解產物如氨基酸類、糖類、酚類等小分子物質資源的浪費。如何進一步開發和利用這些預處理廢液中的殘存小分子物質,對生物煉制產業實現清潔生產和增值生產具有重要意義。 
      此外,根據中國生態環境部和國土資源部2014年發布的數據,中國約有19.4%(點位超標率)的耕地受到不同程度的重金屬污染,且污染情況越來越嚴重,這不僅對土壤生態系統和地下水循環系統產生極大的破壞,而且每年因重金屬污染造成的直接經濟損失高達200億元左右。因此,選取適宜的土壤修復劑應用于土壤修復在農業生產中具有重要意義?;谝陨涎芯勘尘?,中國農業大學研究團隊聯合丹麥奧胡斯大學研究人員共同思考的是,如果能將生物煉制行業的預處理廢液中殘存的有效物質進行轉化回收,并用于土壤修復,這不僅對實現農業生物質的高附加值利用和生物煉制的清潔生產,而且對促進循環農業的可持續發展具有重要意義。因此,中國農業大學董仁杰教授研究團隊首次探討了嘗試利用生物質堿預處理廢液在過氧化氫的催化下合成并回收類腐殖酸物質,探討了不同過氧化氫濃度,不同反應溫度和時間對類腐殖酸產量的影響,并利用傅里葉紅外光譜、元素分析和X射線光電子能譜等技術對合成后的類腐殖酸物質進行了表征,通過與商用腐殖酸結構和性能的對比發現,合成的類腐殖酸物質具有較高的元素組成、活性官能團含量以及較高的重金屬絡合能力和電子轉移能力。根據該研究提出的合成工藝以及中國目前的生物煉制工業產生的預處理廢液產量推算,每年可合成類腐殖酸的產量超過3萬噸,在修復重金屬污染土壤領域具有巨大的應用前景。這不僅對實現農業生物質的高附加值利用和生物煉制的清潔生產,而且對促進循環農業的可持續發展具有重要意義。



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