通过热化学和生物化学方法将绿色廉价、可再生的生物质原料转化为燃料是解决未来能源困境的重要途径。使用超声波能量实施过程强化,可以在室温条件下破坏顽抗的生物质结构,便利复杂化学组分的分离,将生物质的催化反应由非均相转变为均相或者准均相,从而在本质上改善制约生物质转化效率和选择性的因素。超声波具有特殊的物理特性,可以通过空化作用积累超声能量,然后通过空化气泡在微秒数量级的瞬间崩溃急剧释放能量。释放的能量强度足以破坏任何的化学键,打破多相体系的界面限制,强化反应过程的传质传热。因此,超声波处理既可以高效地破坏生物质结构,促进生物质原料的混合和反应,又不至于显著影响生物质反应的选择性,在生物燃料领域的研究中具有较大潜力。

尽管超声可以而且业已用于木质纤维素预处理和糖化发酵、生物柴油合成、微藻预处理和化学转化等多个生物燃料领域,但是并不是所有涉及超声的反应都是经济有效的。实际上,如何将超声活化的能量与生物质化学反应的能量耦合,获得最大的能量和经济收益,仍然是超声技术在生物燃料领域应用面临的首要问题。

版纳植物园生物能源组罗嘉博士和方真研究员,综述了超声在生物燃料领域的研究进展,重点介绍了20-50 kHz低频率超声在木质纤维素分级转化、生物柴油合成和微藻处理转化过程中的研究现状和趋势。综述表明,超声辅助强化并不能从实质上改变化学反应机理,但是可以显著地加快反应的进程,节约反应的时间,通过制约二次反应的发生来改善生物质转化反应的效率和选择性。需要针对特定化学反应的能量要求,设计超声辅助的方式和程度,改变超声反应器设计,优选超声处理参数。需要通过超声技术与溶剂、催化剂、微波等其它辅助技术的耦合来降低超声处理的能量成本,获取更大的能量和经济收益。作者在文末重点讨论了超声强化技术与固体催化剂、酶催化剂的结合问题,探讨了超声应用于不同生物质转化反应的经济性问题,并给出了合理的建议。作者还介绍了超声在生物燃油乳化、高频超声实时监控生物质转化过程等领域的研究进展。

该综述文章(Jia Luo, Zhen Fang, Richard L. Smith Jr. Ultrasound-enhanced conversion of biomass to biofuels.)已经被接收,并在线发表。

论文上网地址:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S036012851300052X

Fig.1

 

超声能在木质纤维素预处理和转化中的作用机理

 

Progress in Energy and Combustion Science简介

Progress in Energy and Combustion Science (PECS)是能源与机械领域影响力最高的期刊(2013年IF为15.089),主要接受相关领域的综述类文章。PECS仅邀请和发表在国际上获得公认的作者(Internationally recognized authors)的文章,分为四个专题:Energy & Fuels; Engineering, Chemical; Engineering, Mechanical; Thermodynamics,各个专题分类在相关领域中排名第一。PECS 在2013年全年共有6期,发表文章20篇,中国大陆研究人员在PECS发表论文2篇。生物能源组郭峰博士和方真研究员曾于2012年在该期刊上发表论文1篇。

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