作者：刘章林 图片:环境学院 审稿：黄成毅
我国是农业大国，秸秆作为农业生产的大宗有机废弃物，其高效资源化利用是实现农业可持续发展必要环节，也是在农业领域实现“双碳”目标的重要途径之一。近日，环境学院沈飞教授团队针对农作物秸秆的全组分资源化利用，采用磷酸+过氧化氢预处理技术（简称：PHP预处理技术）开展农作物秸秆的多产品联产生物精炼工艺研究，其研究性成果“Performances of a multi-product strategy for bioethanol, lignin, and ultra-high surface area carbon from lignocellulose by PHP (phosphoric acid plus hydrogen peroxide) pretreatment platform”（基于磷酸+过氧化氢预处理平台利用木质纤维素多联产生物乙醇、木质素及超高比表面积活性炭的策略）在国际知名期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews（《可再生和可持续能源评论》，中科院1区TOP）发表，影响因子为14.982，该文由团队博士研究生刘章林、万学为共同第一作者，沈飞教授为通讯作者，我校为第一完成单位，加拿大卡尔加里大学为合作研究单位。
据悉，PHP预处理技术是该团队于2013年自主研发成功，我校享有独立知识产权。前期的研究发现，PHP预处理木质纤维素技术，可以有效地去除农作物秸秆中半纤维素和木质素等屏障性组分，并能最大限度保留高酶水解性能的纤维素。本研究利用PHP预处理技术的高效解构木质纤维素的技术特点，构建了一套以生物乙醇生产为核心，同步回收木质素、生产超高比表面积活性碳的多联产新工艺。以小麦秸秆为例，1.0 t小麦秸秆在本工艺中，其纤维素部分可高效生产160.0 kg生物乙醇，可作为汽车代用燃料。并可回收约72.0 kg分子量低、纯度高的木质素，且木质素氧化产生丰富的-OH和-COOH基团，在环境污染物吸附材料方面具有潜在优势。此外，对于本工艺废水中无法回收的可溶性组分，采用水热碳沉积技术成功地制备了最大比表面积为3291 m2 g−1的超高比表面积活性炭，并在超级电容器电极及CO2捕集材料等方面具有优异的性能。该研究基于自主研发的PHP技术创新性地提出了农作物秸秆多产品联产生物精炼策略，实现了木质纤维素组分全利用，为秸秆生产生物乙醇构建了一套更为高效、清洁和经济的生产技术方案，也为秸秆废弃物的多元高值化利用提供了新的技术思路。该技术方案可有效的应用于其他各种木质纤维素类生物质，对推进生物质能源行业发展，助力“双碳”目标实现具有借鉴价值。
长期以来，该研究团队在各类有机废弃物资源化利用方向持续深耕，在国家自然科学基金项目连续资助下，取得了一系列成果。近期分别在中科院1区TOP期刊Industrial Crops and Products（《工业作物与制品》，IF=5.645）、Science of the Total Environment（《总环境科学》，IF=7.963）、Journal of Power Sources（《能源期刊》，IF=9.127）、Journal of Cleaner Production（《清洁生产》，IF=9.297）、ChemSusChem（《可持续化学能源材料》，IF=8.928）等国际刊物上发表。
基于PHP预处理技术的生物乙醇、木质素以及超高表面积活性炭多联产生物精炼平台
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111503;