木质纤维生物质酸碱催化水热预处理及酶解的研究

发布时间：2020-04-30 18:39

【摘要】：目的:水热预处理是促进木质纤维生物质酶解的有效方法,针对高温水热预处理能耗高、脱木质素低等不足,本论文目标是系统研究酸、碱催化剂对中温水热预处理的影响,考察过程组分结构变化,分析影响酶解效率的关键因素,在降低能耗的同时,建立高效酸/碱催化水热预处理过程,增强预处理-酶解过程可发酵糖回收,为木质纤维生物质高效转化生物燃料奠定基础。方法:为增强预处理-酶解过程可发酵糖回收,首先研究酸催化水热预处理(AHP),以芒草、芦竹和狼尾草秸秆为原料,考察硫酸、有机酸、氯化铁等酸催化剂种类、浓度及温度对秸秆中温水热预处理-酶解产糖的影响,以预处理段糖产率(YSP)、酶解段糖产率(YSEH)和可发酵糖总产率(YST)作为评价指标,对酸催化水热预处理过程进行评价。随后,研究碱催化水热预处理(ALHP),考察碱浓度、表面活性剂对预处理和酶解的影响;分析固体回收,组分含量和超微结构变化,对比考察AHP和ALHP过程酶解产糖的提高机制。最后,结合AHP和ALHP加强纤维组分转化的不同特性,建立AHP-ALHP两步过程,增强预处理酶解可发酵糖回收。结果:(1)建立了显著提高预处理YSP的系列AHP方法。AHP处理秸秆木质素去除不强,但结构破坏明显、半纤维素含量大幅降低,酶解因此得到一定加强;不同催化剂中,草酸和氯化铁催化AHP中YSP相对较好,优化条件为2.5%草酸或1%氯化铁,140℃下处理30 min,三种秸秆YSp高达208.2 mg/g～217.0 mg/g,酶解YSEH有一定提高;(2)建立了显著加强酶解YSEH的ALHP方法。相比AHP,ALHP处理秸秆半纤维素去除较低,但结构破坏更明显、木质素含量大幅降低,纤维得到润胀,酶解因而得到显著加强;优化条件为1.2%NaOH,120℃下处理30 min,三种秸秆YSEH提高4倍以上,比AHP处理提高约2倍;(3)建立了同步提高YSP和YSEH的秸秆AHP-ALHP两步过程。首先利用草酸或氯化铁催化的AHP提高预处理YSP,获得木质素含量依然较高的AHP秸秆;然后利用ALHP脱除AHP秸秆木质素,提高酶解段YSEH;在优化条件下(一段AHP:2.5%草酸,140℃处理 30min;二段 ALHP:1.6%氢氧化钠,1%PEG-2000,120℃处理30 min),最终全过程YST达到最高,纤维素酶用量降低约36%。结论:(1)草酸(或氯化铁)催化水热预处理可有效溶解并回收易降解纤维组分,显著提高预处理YSP,酶解也得到一定加强;(2)碱催化水热预处理在预处理段YSP不高,但可显著增强酶解YSEH,木质素和半纤维素的同步去除以及纤维素润胀是解除秸秆抗降解屏障、提高酶解的关键因素;(3)草酸(或氯化铁)-碱催化两步水热预处理可同步增强预处理、酶解过程糖产率,最大化糖回收,并降低纤维素酶的使用量。
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芒草,芦竹,狼尾草,原料

京交通大学硕士学位论文逦材料和方法逡逑２材料和方法逡逑．１实验原料逡逑实验所用原料为三种能源作物秸秆：芒草、芦竹、狼尾草，取自福建省。三种逡逑料均为多年生草本植物，，生长速度快、繁殖能力强，且对生长环境要求低。晒干逡逑原料秸杆剪成小段，烘箱烘干至衡重；粉碎过１．５邋ｍｍ筛备用。纤维素酶由湖南逡逑特尔生化有限公司赠送。逡逑

标准曲线,标准曲线,氢氧化钠溶液,硫酸氢钠

图２．２葡萄糖测定标准曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ逡逑量的测定方法逡逑稀释至一定倍数的样品，加入１．５ｍＬＤＮＳ溶液，沸水浴５ｍｉｎ，邋ｍＬ，５２０邋ｎｍ比色测定ＯＤ值，由标准曲线查出所测ＯＤ值对应的配制逡逑．９邋ｇ结晶酚溶解于１５．２邋ｍＬ邋１０％氢氧化钠溶液中，并用水稀释到６９邋ｍ硫酸氢钠。逡逑２５５邋ｇ酒石酸甲钠到３００邋ｍＬ邋１０％氢氧化钠溶液中，再加入８８０邋ｍＬ基水杨酸溶液。逡逑液混合即得黄色试剂，棕色瓶保存，室温放置７￣１０天后使用。逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

【参考文献】