超低浓度硫酸催化纤维素水解实验研究

发布时间：2020-06-24 22:35

【摘要】：虽然生物质制取燃料乙醇技术的研究已开展多年,但还存在很多关键问题需要解决,其中最重要的是如何将生物质原料高效、低能耗、环保的水解糖化,为乙醇发酵提供原料。生物质中的半纤维素和纤维素水解糖化是一个连串反应,糖只是中间产物,会继续发生降解反应,因此,水解糖化技术必须满足高水解率和低糖损失的要求。超低酸水解(酸浓度0.2%w/w)是一种新型的水解技术,具有水解强度大、反应速度快、糖收率高、对设备腐蚀性小等优点成为研究的热点。因此,本文以纤维素模化物(滤纸)为原料,在间歇式水解反应器中开展了超低浓度硫酸催化水解及金属离子助催化的工艺和机理研究。 在间歇式反应器中,对超低浓度硫酸催化纤维素模化物(滤纸)水解反应进行研究,考察了反应温度、液固比、酸浓度和时间对反应的影响,采用响应面的方法对工艺进行优化。通过响应面方法的反应的研究,分析了各因素之间的交叉影响,并预测了最佳反应条件；以响应面研究为基础,又考察了反应压力和搅拌转速对反应结果的影响,最后确定最佳工艺条件为：反应温度205℃,液固比15.72,硫酸浓度0.15%,时间33 min,压力3MPa,转速500rpm。 对金属盐在超低酸水解纤维素过程中的助催化作用进行了研究,分别考察了K2SO4、MgSO4、Na2SO4、Al2(SO4)3、CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3在3种酸浓度(0.01%、0.05%、0.1%)下的助催化效果。结果表明,0.05%K2S04的助催化效果较好且稳定,葡萄糖浓度较没加入之前提高了16.48%；在实验研究的基础上,对K+的催化作用机理进行了分析,详细阐述了K+的助催化作用历程；以实验研究和机理分析为基础,建立了硫酸钾存在时超低浓度硫酸催化纤维素水解的连串反应动力学,通过对比纤维素水解和糖降解活化能,揭示了其催化反应历程,并通过动力学拟合和实验验证确定了其最佳反应条件,为下一步深入地研究提供研究基础和理论支撑。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK6

【参考文献】

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本文编号：2728452