棉秆水热氧化制备木醋液替代品的预处理方法应用与生命周期评估研究

为解决农林废弃物高效利用与碳中和目标的关键问题，研究人员通过水热氧化法制备木醋液替代品(WVS)，系统考察反应条件与预处理方法对产物特性的影响。研究发现180°C、90min、0.075wt%氧化剂为最优条件，盐酸(HCl)预处理显著提升无定形纤维素含量，使产物酸度提高142%。生命周期评估(LCA)证实液氮使用是主要环境负担，采用-80°C冷冻替代可降低98.74%二氧化碳当量(35.95kg→0.454kg CO2 eq)，为低碳工艺开发提供实证依据。

　　

在全球碳中和背景下，农林废弃物的高效转化利用成为亟待解决的科学难题。传统木醋液生产存在能耗高、污染重等问题，而棉秆等农业残余物因富含纤维素却利用率不足。针对这一现状，中国研究人员在《Industrial Crops and Products》发表创新研究，通过水热氧化技术将棉秆转化为木醋液替代品(WVS)，并首次结合预处理方法与生命周期评估(LCA)系统优化全过程。

研究采用水热氧化反应器（Hydrothermal reactor）进行条件筛选，结合X射线衍射(XRD)分析纤维素结晶度，运用气相色谱-质谱(GC-MS)鉴定产物组分。LCA评估涵盖从原料预处理到产物形成的全流程，重点追踪盐酸回收与液氮替代方案的环境效益。

反应条件优化
通过单因素实验确定180°C、90min反应时间与5mL 0.075wt%氧化剂为最佳参数，氧化剂使产物pH降低至2.8，优于传统热解木醋液。

盐酸预处理优势
XRD显示盐酸处理使棉秆无定形纤维素比例提升67%，促进糖类降解为乙酸、丙酸等有机酸，产物酸度达7.2%，较未处理组提高142%。

LCA指导工艺革新
液氮冷冻干燥贡献了83%的CO₂排放，改用-80°C冷冻后碳足迹骤降至0.454kg CO₂ eq。盐酸三次循环使用率提升2.4倍，资源消耗降低56%。

该研究突破性地揭示了预处理对棉秆转化效率的影响机制，建立首个WVS生产的LCA数据库。提出的低温冷冻替代方案使全过程碳排放接近零值，为农林废弃物高值化利用提供了"低碳-高效-循环"三位一体的技术范式，对实现生物质精炼行业的可持续发展具有里程碑意义。