梁鴻霞, 李 濤, 高道江(. 攀枝花學院 資源與環(huán)境工程學院, 四川 攀枝花 67000; 2. 四川師范大學 化學與材料科學學院, 四川 成都 60066)
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小麥秸稈生產(chǎn)生物乙醇的預(yù)處理技術(shù)研究進展
梁鴻霞1, 李 濤1, 高道江2*
(1. 攀枝花學院 資源與環(huán)境工程學院, 四川 攀枝花 617000; 2. 四川師范大學 化學與材料科學學院, 四川 成都 610066)
對現(xiàn)有生物乙醇制備工藝中小麥秸稈預(yù)處理技術(shù)進行了綜述,對不同處理工藝的技術(shù)原理和特點進行了分析和對比,總結(jié)了每種方法的優(yōu)勢和不足.在此基礎(chǔ)上,提出了麥秸預(yù)處理工藝技術(shù)的選擇原則,即在兼顧技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境因素的前提下,采用合理的技術(shù)組合,以期達到最佳的預(yù)處理效果.
小麥秸稈; 生物乙醇; 預(yù)處理; 進展
發(fā)展中國家人口迅速擴大和工業(yè)的繁榮,導(dǎo)致全球?qū)δ茉吹男枨蟪掷m(xù)增長.對石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料的需求仍占主導(dǎo)地位.20世紀化石燃料的利用,大幅增加了溫室氣體的水平[1].基于化石燃料的缺點和化石能源的耗竭及不穩(wěn)定的石油市場,人類開始尋找替代燃料.乙醇一直被認為是一種合適的替代化石燃料,當混合達30%時,符合汽車引擎的要求,是目前唯一的汽車專用引擎燃料或混合燃料的添加劑.目前,生物乙醇是最主要的生物燃料,并且全球的生產(chǎn)表現(xiàn)出上升趨勢,特別在2000年以后全球生產(chǎn)能力急劇增加.2005年和2006年大約為45和49億L,2015年預(yù)計總產(chǎn)量將達到1 150億L[2].
目前生產(chǎn)生物乙醇的主要原料是糖和淀粉,這2類原料主要源于甘蔗和谷物,其次是木質(zhì)纖維素,它是生產(chǎn)生物乙醇最可行的原材料的代表.因為人類對食品日益增長的需求,優(yōu)先考慮的是饑餓的人類社會,前2組原料與木質(zhì)素相比幾乎沒有潛在競爭力[3].
木質(zhì)纖維素是從能源作物木頭和農(nóng)業(yè)殘留物中得到的,是全球最豐富的可再生生物質(zhì)來源[4].在農(nóng)業(yè)殘留物中,歐洲的麥秸是最大的生物質(zhì)原料,稻草居第二[5].世界約21%的食物來自小麥,為了滿足人類消費不斷增長的需求,全球產(chǎn)量需要增加[6],因此,在21世紀麥秸將成為生產(chǎn)生物乙醇的巨大潛力原料.
麥秸的成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、少量可溶性底物和灰分.其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)分別為33%~40%、20%~25%和15%~20%的范圍[6],麥秸的化學成分根據(jù)小麥物種、土壤和氣候條件略有不同.纖維素結(jié)構(gòu)單元緊密捆綁在一起,水和酶都無法穿透,所以利用麥秸生產(chǎn)生物乙醇的工藝首先應(yīng)進行預(yù)處理.
該論文綜述了目前麥秸轉(zhuǎn)化為生物乙醇預(yù)處理階段的最新技術(shù)的進展、未來的發(fā)展方向和遇到的挑戰(zhàn).
預(yù)處理的目的是改善生產(chǎn)的產(chǎn)率及水解步驟中釋放糖的總量,預(yù)處理過程的整體效率是取得低抑制劑形成和高效酶水解之間的良好平衡.對麥秸生物質(zhì)的預(yù)處理方法有很多,預(yù)處理方法大致分為物理、物理化學、化學和生物過程(圖1).
1.1 物理方法 物理方法主要是機械粉碎(球磨、壓縮球磨).機械粉碎的目的是通過縮小生物質(zhì)的粒度來降低結(jié)晶度,破壞木質(zhì)素和半纖維素的結(jié)合層,使得物料的比表面積相對增大,從而增加酶對纖維素的可及性,提高纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率.
用麥秸生產(chǎn)生物乙醇的工藝中首先是粉碎(圖1),以提高下游加工的效率.然而,實驗發(fā)現(xiàn)粒徑的大小、含水量和材料特性等影響能源消耗和后續(xù)處理效果,較小的顆粒和秸稈更高的水分將會導(dǎo)致更高的能源消耗.具體研磨小麥秸稈的粒徑0.8和3.2 mm分別能源消耗為51.6和11.4 kWh/t,這一數(shù)據(jù)分別高于相應(yīng)的玉米秸稈的耗能值[7].文獻[8]報道關(guān)于球磨預(yù)處理小麥秸稈后利用酶法水解制備生物乙醇工藝的重大改進,球磨2 h后,在酶法水解中糖化率最高為61.1%,而未經(jīng)球磨處理的樣品糖化率只有17.7%.M. Pedersen等[9]對比秸稈粒徑(在53 μm~4 cm范圍)對濕氧化酶水解的影響,粒徑減小增強酶法水解對秸稈的敏感性,在水解24 h后與參考樣本(2~4 cm)相比,從粒徑較小(53~149 μm)的秸稈釋放的葡萄糖和木糖分別增加39%和20%,而濕法氧化對大粒徑(707~1 000 μm)的影響比對小粒徑(53~149 μm)影響更加顯著.
1.2 物理化學方法 木質(zhì)纖維素的溶解受溫度、pH值和水分含量等因素影響.在木質(zhì)纖維原料中半纖維素是熱敏最高的部分,溫度高于150 ℃半纖維素化合物開始溶解,在各種化合物中木聚糖最容易提取[10].水熱法(LHW),蒸汽爆炸(SE)和氨纖維爆炸(AFE)是秸稈預(yù)處理的物理化學方法[7].
水熱法(LHW)是通過一定壓力(p>5 MPa)使液態(tài)的水保持在高溫(170~230 ℃)的一種預(yù)處理方法[11].該方法能夠釋放大量主要以低聚物形式的半纖維,這有助于減少產(chǎn)品的雜質(zhì)[10].溫度和時間對半纖維素提取和酶水解的產(chǎn)量有重要的影響.J. A. Perez等[12]報道,在188 ℃和40 min的反應(yīng)條件下,溶出半纖維衍生物糖(HDS)的量和酶水解的產(chǎn)量均達最高.一試驗點(規(guī)模為100 kg/h)使用兩步水熱預(yù)處理,連續(xù)操作[13],第一步是在80 ℃浸泡秸稈5~10 min,第二階段預(yù)處理在195 ℃反應(yīng)6~12 min,分別獲得70%半纖維素和93%~94%纖維素.高壓熱水能夠使生物質(zhì)中纖維素酶消解性提高同時半纖維的水解率提高,其缺點是由半纖維素水解的部分單糖,在酸的作用下會進一步水解生成糠醛等微生物發(fā)酵的抑制物[14].
蒸汽爆炸(SE).蒸汽爆炸的機理是生物質(zhì)原料在高溫、高壓蒸汽中蒸煮,產(chǎn)生一些具有催化作用酸性物質(zhì),使半纖維素降解成可溶性糖[15],同時復(fù)合胞間層的木質(zhì)素軟化和部分降解,從而削弱了纖維間的粘結(jié),為爆炸過程提供選擇性的機械分離;其次是蒸汽爆炸瞬間完成的絕熱膨脹過程對外做功,使物料從胞間層解離成單個纖維細胞[14].
蒸汽爆炸的效率受幾個因素影響:溫度、停留時間、粒徑,水分含量及是否添加硫酸或者二氧化硫等化學物質(zhì)[16].P. L. Beltrame等[17]研究了蒸汽爆炸對麥秸的組分分離的影響.預(yù)處理在210 ℃和1~2 min條件下去木質(zhì)素效果最好,而纖維素固體最大溶解率為83.7%,在230 ℃和1 min條件下酶法水解獲得葡萄糖最高產(chǎn)率為93.5%,而未經(jīng)處理的秸稈最大葡萄糖產(chǎn)率11.8%,表明蒸汽爆炸很大程度改進小麥秸稈溶解性.P. M. Bondesson等[1]研究了稀酸(0.9%)或水浸泡的麥秸在不同溫度和浸泡時間對蒸汽爆炸預(yù)處理效果的影響.最佳的結(jié)果是蒸汽爆炸(SE)酸浸麥秸在180 ℃反應(yīng)10 min,半纖維素幾乎完全溶解,葡萄糖和生物乙醇收益率最高.雖然,蒸汽爆炸(SE)在更高的溫度下增加酶法水解富含纖維素固體部分的產(chǎn)量,但是由于部分纖維素損失,葡萄糖的整體收益率較低.M. Linde等[18]研究了不嚴格條件的浸漬處理,在190 ℃下浸泡10 min葡萄糖和木糖的總收率最高.有趣的是在同一預(yù)處理條件對于其他木質(zhì)纖維原料,也達到半纖維素和纖維素糖最大產(chǎn)率,這是非常罕見的.
氨纖維爆炸(AFEX)是一種堿性熱預(yù)處理,即木質(zhì)纖維原料在高溫和高壓條件下浸泡在液氨中一段時間,隨后快速泄壓.此方法非常適合草本和農(nóng)作物廢棄秸稈的預(yù)處理,不會對下游產(chǎn)物產(chǎn)生抑制劑.缺點是對含有較高木質(zhì)素的生物質(zhì)以及含有難溶固體物質(zhì)特別是半纖維素的生物質(zhì)是低效的[19-20].影響氨纖維爆炸的主要因素:原料氨加載過程、溫度、排泄壓力、生物質(zhì)的含水率和反應(yīng)時間[21].氨纖維爆炸預(yù)處理小麥秸稈和處理其他木質(zhì)纖維素材料的不同鮮有報道.但是,近期關(guān)于氨纖維爆炸預(yù)處理各種農(nóng)業(yè)廢棄秸稈經(jīng)酶法水解獲得高糖產(chǎn)量的相關(guān)報道較多[21].M. Mes-Hartree等[22]蒸汽爆炸和氨纖維爆炸預(yù)處理麥秸做了一個比較,據(jù)報道,通過2種預(yù)處理方法處理后,酶法水解提高的倍數(shù)幾乎相同.但是,氨纖維爆炸預(yù)處理麥秸后得到的葡萄糖質(zhì)量分數(shù)更高(0.38 g/g干質(zhì)量).
1.3 化學預(yù)處理方法 化學預(yù)處理是采用不同的化學物質(zhì)如酸、堿以及氧化劑(過氧化氫和臭氧)(圖1)對小麥秸稈進行預(yù)處理的方法.在這些方法中稀硫酸預(yù)處理是廣泛使用的方法.使用不同的化學試劑,對木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)有不同的影響,堿性預(yù)處理、堿性/氧化預(yù)處理及濕氧化預(yù)處理能有效地去除木質(zhì)素,而稀酸預(yù)處理更有利于半纖維素溶解[23-24].
1.3.1 酸處理 無機酸(如硫酸)預(yù)處理麥秸可以提高酶法水解.在酸處理過程可分為濃酸和稀酸水解(圖1),使用高濃度的酸在室溫下處理秸稈得到糖的產(chǎn)率高.高濃酸處理的優(yōu)點是不使用任何酶,但是,此過程酸的消耗量大且回收困難、設(shè)備腐蝕嚴重及反應(yīng)時間長等問題很大程度上限制其應(yīng)用[23].在稀酸處理過程中(如0.5%~1%的稀硫酸),高溫有利于纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖達到預(yù)期的產(chǎn)率.此過程中酸濃度低和反應(yīng)時間短,但是高溫稀酸加速半纖維素糖水解和增加設(shè)備腐蝕[23,3].酸處理的主要缺點是易生成抑制作用的副產(chǎn)物和增加了下游pH調(diào)節(jié)的操作.為了減少糖類降解,該過程分為2個階段,第一階段在溫和的條件下釋放半纖維素糖,第二階段在較高溫度條件下進行富含纖維素的固體殘渣水解.根據(jù)木質(zhì)纖維原料性質(zhì)的不同,第一階段溫度經(jīng)常設(shè)在140和190 ℃,第二階段190和230 ℃[23,25].J. P. Delgenes等[26]用質(zhì)量分數(shù)72%硫酸在30 ℃處理18.8 g干燥麥秸30 min,得到11.1 g單體糖,產(chǎn)率為59%.B. C. Saha等[25]對濃硫酸和稀硫酸預(yù)處理小麥秸稈的影響做了更全面的探討,濃酸和稀酸預(yù)處理后得到糖的產(chǎn)量分別為49%和63%,糖最高產(chǎn)量的最佳稀酸體積分數(shù)為0.75%;同時研究了溫度的影響,報道了形成糠醛的溫度為180 ℃,為提高糖的總產(chǎn)量,避免形成糠醛,利用二元稀酸進行預(yù)處理,效果不好.A. M. J. Kootstra等[27]進行了一項調(diào)查,對稀無機酸(硫酸)和有機酸(反丁烯二酸和順丁烯二酸)預(yù)處理小麥秸稈的比較,將原料分別在130、150和170 ℃預(yù)處理30 min,用硫酸和順丁烯二酸預(yù)處理酶水解后葡萄糖的產(chǎn)量最高分別為98%和96%,反丁烯二酸與順丁烯二酸相比效果較差.硫酸預(yù)處理在150 ℃下得到木糖的產(chǎn)量最高,在170 ℃由于糠醛降解,木糖的產(chǎn)率下降.順丁烯二酸預(yù)處理最大的木糖產(chǎn)量是在170 ℃下得到的.作者得出的結(jié)論是:在酶降解方面,順丁烯二酸預(yù)處理麥秸和硫酸一樣有效.
1.3.2 堿處理 堿處理過程是在預(yù)處理中去除木質(zhì)纖維素的過程.鈉、鉀、鈣和氨是常見堿性預(yù)處理試劑,其中氫氧化鈉研究的最多.堿性預(yù)處理較其他預(yù)處理的優(yōu)勢在于能夠在較低的溫度和壓力下進行,該方法的有效性取決于生物質(zhì)的木質(zhì)素特性,因此,它適合農(nóng)業(yè)廢棄秸稈,如:麥秸.堿性預(yù)處理可以很大程度上改善纖維素降解,但糖類的降解就不如酸處理.然而,高成本的堿金屬限制堿處理應(yīng)用,利用廉價堿性試劑氫氧化鈣(石灰)及其回收和再生或氨根據(jù)其揮發(fā)性進行回收循環(huán)利用,可以解決這個問題[28-29].
堿性/氧化預(yù)處理.在常溫下進行堿預(yù)處理過程中添加氧化物(如過氧化氫(H2O2)或過氧乙酸(C2H4O3)),比單獨使用堿處理更有利用改善農(nóng)作物廢棄秸稈的可降解性.J. M. Gould[30]證明,H2O2/NaOH具有對麥秸等去木質(zhì)素的作用.在過氧化氫1%、25 ℃和pH值11.5條件下反應(yīng)18~24 h后,發(fā)現(xiàn)超過一半的木質(zhì)素和半纖維素溶解,高于單獨使用氫氧化鈉處理.用過氧化氫處理過的麥秸,酶解明顯的增強,當pH值達到11.5時,轉(zhuǎn)換率達到100%.在相同條件下單獨使用氫氧化鈉進行預(yù)處理,纖維素降解在pH>12的情況下達到最大,效率僅為65%.pH對H2O2/NaOH去除農(nóng)業(yè)廢棄秸稈中的木質(zhì)素影響較大,pH=11.5為最佳.據(jù)報道pH值低于10對木質(zhì)素的去處效果不明顯,在pH值大于12.5酶解增強不明顯.B. C. Saha等[31]優(yōu)化H2O2/NaOH預(yù)處理麥秸的比例,在未添加過氧化氫預(yù)處理時,獲得約250 mg/g糖,隨著過氧化氫的添加,產(chǎn)量隨之增加,最佳劑量為體積分數(shù)2.15%.35 ℃相比25 ℃,酶法水解后糖的溶出略高,預(yù)處理時間在3~24 h范圍內(nèi),糖產(chǎn)量的改變不明顯,這個結(jié)論是與先前的報道一致[30].
1.3.3 濕氧化法 濕法氧化即在高溫和高壓下利用水對木質(zhì)素進行預(yù)處理,溫度為120 ℃左右,壓力的范圍一般在0.8~3.3 MPa[32].堿和濕法氧化組合,不但可以提高木質(zhì)素的去除率,而且還可以預(yù)防糠醛和羧甲基糠醛的形成.濕法氧化在最初反應(yīng)中因半纖維素的溶解形成酸,促進水解反應(yīng)使半纖維素分解為溶于水的小分子片段.木質(zhì)素的降解至關(guān)重要,特別是在較高的溫度下,因為類苯酚化合物和碳碳鏈在濕法氧化中很容易反應(yīng),分解為CO2、H2O和羧酸.
A. B. Bjerre等[33]研究了在壓力為1.0 MPa和一系列溫度下,用堿性濕法氧化小麥秸稈,結(jié)果表明:在170 ℃下氧化10 min,對于木質(zhì)纖維素的最大去除率為75%,半纖維素為50%,剩下的固體殘渣中質(zhì)量分數(shù)85%纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖.另外研究了氧的壓力和堿(Na2CO3)的添加對于濕法氧化小麥秸稈的影響,結(jié)果表明:堿的添加對于半纖維的溶解去除影響不明顯,在一定氧氣壓力的條件下,未添加碳酸鹽時,近96%半纖維素的溶解;同時,氧氣壓力的大小對木質(zhì)素的去除有重要的影響(沒有氧氣壓力去除率11%與有氧壓力去除率60%)[32].濕法氧化小麥秸稈的主要影響因素:氧氣壓力、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間.最佳條件為:1.2 MPa、185 ℃、10 min.綜上所述:溫度對其影響比時間和壓力更明顯.在濕法氧化秸稈中抑制劑的形成包括:脂肪族羧酸(主要是甲酸和乙酸)、酚類和呋喃甲酸等[34].
1.3.4 臭氧氧化 臭氧氧化預(yù)處理過程是去除木質(zhì)素和半纖維素的過程.臭氧氧化能在室溫條件下高效的去除木質(zhì)素,并且不會產(chǎn)生任何有毒物質(zhì),該方法的缺點是臭氧消耗大、成本高[34].A. Binder等[35]研究了臭氧預(yù)處理小麥秸稈去木質(zhì)作用和殘留固體物的生物降解,結(jié)果表明:提高纖維素的降解,主要是木質(zhì)素的去除和處理后纖維素聚合度的降低,木質(zhì)素去除量在50%,最有利于酶法水解.預(yù)處理后,75%的纖維素降解,未經(jīng)預(yù)處理的秸稈只有20%的纖維素降解.對臭氧在室溫條件下固定床反應(yīng)器中預(yù)處理小麥和黑麥秸稈研究中發(fā)現(xiàn)[36],秸稈含水率對預(yù)處理效果有重要的影響,控制反應(yīng)值低于30%.酶水解的產(chǎn)量可達理論產(chǎn)率的88.6%,而沒有用臭氧預(yù)處理的產(chǎn)率只有29%.
1.4 生物方法 生物處理是利用分解木質(zhì)素的微生物除去木質(zhì)素,以解除其對纖維素的包裹作用.雖然很多微生物都能產(chǎn)生木質(zhì)素分解酶,但酶活性較低,很難應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn).生物處理中使用的微生物包括:褐腐菌、白腐菌和軟腐菌,褐腐菌主要降解纖維素,白腐真菌是降解木質(zhì)素和半纖維素最有效的微生物.木質(zhì)素的降解通過木質(zhì)素降解酶(例如:多酚氧化酶和漆酶)的作用發(fā)生反應(yīng)(圖1)[37-38].合適的真菌進行生物預(yù)處理,對于木質(zhì)素的降解有較高的親和力[39],其降解速度比碳水化合物快.生物預(yù)處理與其他預(yù)處理方法相比具有安全、環(huán)保和耗能少的優(yōu)點.但是,水解反應(yīng)的速率很低,需要較大的改進,才能更好應(yīng)用于商業(yè).A. I. Hatakka[40]用19只白腐菌預(yù)處理小麥秸稈5個星期后,有35%的小麥秸稈轉(zhuǎn)化為低分子糖,未經(jīng)處理的秸稈的只有12%轉(zhuǎn)換.P. A. Pinto等[41]通過研究,篩選出5種不同的真菌評價麥秸預(yù)處理效果,結(jié)果顯示:利用黑曲霉和曲霉菌預(yù)處理的小麥秸稈,總糖產(chǎn)量和發(fā)酵之后生物乙醇產(chǎn)量最高.
表 1 較好的小麥秸稈的預(yù)處理方法和相應(yīng)的條件
對上述各種預(yù)處理方法的特點進行了歸納和對比,1) 物理處理和化學處理技術(shù)存在耗能高,環(huán)境污染嚴重,已不適于現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用.2) 物理化學預(yù)處理技術(shù)中,水熱技術(shù)雖然對于生物質(zhì)中木質(zhì)素、半纖維素及其他雜質(zhì)的去除效果好,但存在預(yù)處理中易生成微生物發(fā)酵的抑制性的物質(zhì),整體收益不高;蒸汽爆炸(SE)和氨纖維爆炸(AFEX)處理技術(shù)類似,相對于其它預(yù)處理方法,在能耗、環(huán)境友好性、預(yù)處理效果上有著明顯的優(yōu)勢,是預(yù)處理技術(shù)發(fā)展的方向之一.二者相比氨纖維爆炸(AFEX)更適合麥秸的預(yù)處理,但二者都存在預(yù)處理能力偏低,對生物質(zhì)種類的適應(yīng)性不強.3) 生物預(yù)處理法雖然有環(huán)境友好、能耗低的優(yōu)點,但其預(yù)處理周期較長限制了其在工程中的應(yīng)用,不過生物處理法也將是今后重要的研究方向.表1列舉了一些近期使用較多的預(yù)處理方法及相應(yīng)的條件.
預(yù)處理在小麥秸稈生產(chǎn)生物乙醇工藝中具有重要的作用,尋求高效,低成本,無污染的預(yù)處理方法一直是研究者追求的目標.目前為止,沒有一個預(yù)處理方法能同時滿足所有這些要求,每種方法都有其優(yōu)勢和不足,例如:短的反應(yīng)時間、更高的固體加載和最少使用化學物質(zhì)這些方面,蒸汽爆炸可能是最合適的預(yù)處理方法.但是,由于預(yù)處理對效率和后續(xù)階段的經(jīng)濟有巨大的影響,所以最后的選擇必須考慮整個過程.個人認為不同方法的組合可能是最合適的,用過氧化氫聯(lián)合氨爆炸預(yù)處理技術(shù)或者液氨過氧化氫聯(lián)合蒸汽爆炸技術(shù)應(yīng)該可以有效地降低了麥秸的抗水解屏障,提高酶解率,降低成本.
致謝 攀枝花學院科研項目(2014YB57)對本文給予了資助,謹致謝意.
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(編輯 周 俊)
Progress of Pretreatment Methods for Wheat Straw in Preparing Process of Bioethanol
LIANG Hongxia1, LI Tao1, GAO Daojiang2
(1.DepartmentofResourceandEnvironmentalEngineering,PanzhihuaCollege,Panzhihua617000,Sichuan;2.CollegeofChemistryandMaterialsScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan)
The pretreatment methods of wheat straw in preparing process of bioethanol were reviewed, the concepts and processing features of the pretreatment methods were analyzed and compared, and the advantages and drawbacks for each pretreatment method were summarized. The selection principles of appropriate pretreatment methods for wheat straw have been proposed. On the basis of consideration of some technological factors, economic factors and some environmental factors, the combination of different methods might be a preferred choice, which can lead to the optimal treatment effect for wheat straw.
wheat straw; bioethanol; pretreatment; progress
2015-09-15
四川省教育廳成果轉(zhuǎn)化項目(11ZZ013)、四川省教育廳自然科學重點項目(12ZA142)和攀枝花市社會發(fā)展項目(2015CY-S-5)
X71
A
1001-8395(2015)06-0918-07
10.3969/j.issn.1001-8395.2015.06.024
*通信作者簡介:高道江(1969—),男,教授,主要從事無機功能材料的制備和性能的研究,E-mail:daojianggao@126.com