水热预处理生物质反应表面积与粒径配置对组分化合物最大可及性的实验研究

本实验研究通过水热预处理（HTP）探究不同粒径配置（0-0.335 mm）对棕榈叶柄生物质反应表面积及组分可及性的影响，证实小粒径范围（0-0.074 mm）显著提升纤维素可及性并降低能耗，为生物精炼（Biorefinery）中生物燃料（Biofuel）与生物产品（Bioproducts）的绿色生产工艺优化提供关键参数支持。

　　

Feedstock material

本研究以棕榈叶柄生物质（Petioles-Biomass）作为原料，其采集自位于尼日利亚奥博阿马社区（GPS: 5°29′03.6"N 7°10′58.4"E）的棕榈种植园。该地区棕榈树种具有独特生物学特性，假设叶柄部位（即棕榈叶自然附着的基础结构）富含高价值组分化合物，具备优异的生物精炼潜力。

Particle size profiling

根据粒径分布统计结果，数据值通过计算平均直径D[m,n]呈现。平均直径计算公式如下：

D[m,n] = [Σd_i^m-3V_i / Σd_i^n-3V_i]^1/(m-n) …………………………………… (2)

其中：V_i代表直径为d_i的颗粒体积；d_i为第i个颗粒的直径；m和n为整数参数，用于定义所用均值类型；Σ表示样本中所有颗粒的直径总和；D为平均直径。

通过马尔文 Mastersizer 2000 分析仪测得的直径参数包括：d(0.1)μm（10%颗粒小于该值）、d(0.5)μm（中位粒径）、d(0.9)μm（90%颗粒小于该值），以及表面积加权平均D[3,2]和体积加权平均D[4,3]。此外，Span（跨度值）和Uniformity（均匀性指数）被用于描述粒径分布宽度与一致性。

Conclusion

水热预处理效率可通过原料平均粒径、表面积、孔径及结晶度指数（Crystallinity Index）综合评估。马尔文分析结果证实，将生物质粒径降至极小范围是促进水分向细胞内部扩散的关键策略。更小的粒径引发细胞壁变性（Denaturation），最大化纤维素可及性，同时分离半纤维素（Hemicellulose）和木质素（Lignin），并伴随显著的表面积扩张与孔隙形成。未来研究需聚焦于粒径配置与反应表面积的定量关系建模，以推动生物精炼领域的绿色工艺升级。