玉米芯残渣的碱性亚硫酸盐预处理及其反应动力学模型
发布时间：2021-09-01 21:18
玉米芯提取木糖后残留了大量富含纤维素和木质素的废弃物。针对玉米芯残渣（corncob residues,CCR）中木质素含量高和半纤维素含量很低的特点,采用碱性亚硫酸盐法进行预处理。研究了预处理p H、液固比、温度、亚硫酸盐用量等条件对纤维素保留率、木质素去除率、底物酶解效率以及预处理液中木质素磺酸钠含量的影响规律。结果表明,当亚硫酸钠用量为10%（质量）、氢氧化钠为5%（质量）、液固比为6:1、160℃预处理1 h时,可去除86.1%的木质素、保留82.4%的纤维素,底物的72 h酶解率达85.1%[酶载量为5 FPU·（g葡聚糖）-1],预处理液中木质素磺酸钠的收率为31.5 g·（100 g CCR）-1。为了指导放大试验和工程应用,提出了一个能准确预测底物木质素含量的参数——木质素因子（lignin factor,LF）,在此基础上成功建立了脱木质素反应动力学经验公式以及底物酶解效率的预测方程,预测值与实测值误差在10%之内。
【文章来源】：化工学报. 2018,69(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
温度对玉米芯残渣预处理的影响
为120℃时，底物酶解效率为56.2%，预处理温度提高至180℃时，底物酶解效率达到了83.9%。由图2(b)可知，预处理液的pH随温度的上升而逐渐下降，这是因为预处理过程中木质素发生高温磺化反应，磺化程度随着温度的升高而增加，亚硫酸钠消耗量也随之增加[20]，导致预处理液pH下降。但预处理液中木质素浓度则在160℃时最高，温度升到170℃和180℃时，预处理液中木质素浓度反而下降。这是因为温度高于160℃时，可溶性木质素图2温度对玉米芯残渣预处理的影响Fig.2Effectsoftemperatureonpretreatmentofcorncobresidue图1玉米芯残渣碱性亚硫酸盐预处理流程Fig.1Processofalkalinesulfitepretreatmentofcorncobresidue
化工学报第69卷·510·发生缩聚，分子量大大增大，出现聚集沉淀，检测到的可溶性木质素含量降低。预处理温度从160℃升高到180℃时，酶解效率仅从79%提高到83%，提高并不明显，而且底物中的纤维素反而有少量损失，得到的预处理液中木质素磺酸钠浓度反而较低，因此优化的预处理温度为160℃。2.2亚硫酸钠用量对预处理的影响在预处理温度为160℃、液固比为9:1、不加NaOH、预处理时间为60min的条件下，研究亚硫酸钠用量对预处理的影响，分别为1%、2%、5%、10%、15%、20%（基于底物干基）。由图3(a)可知，随着亚硫酸钠用量的增加，原料中木质素去除率明显提高。当亚硫酸钠用量为10%时，预处理后底物中木质素含量为11.2%，与未处理原料中木质素（30%）相比，去除率达62.7%；而亚硫酸钠用量增加到20%时，底物中木质素只剩下2.4%，已几乎全部脱除木质素。预处理后底物的酶解效率随着亚硫酸钠用量的增加呈现先减小后增大的趋势。5%以内的亚硫酸图3亚硫酸盐用量对玉米芯残渣预处理的影响Fig.3EffectsofNa2SO3dosageonpretreatmentofcorncobresidue钠用量反而使酶解效率比未处理原料更低，原因是原料呈酸性，在亚硫酸钠用量较低时，预处理液初始pH呈酸性，此时不仅难以脱除原料中的木质素，且会水解原料中少量溶解酶解的无定形纤维素，预处理后的底物中纤维素的结晶度更高，导致酶解效率下降。从图3可见，当亚硫酸钠用量从10%提高到20%时，底物在pH为5.5时的酶解效率并无增长，预处理液中木质素磺酸钠收率也没有显著增加；预处理液的pH则随着亚硫酸钠用量增加而从酸性逐渐增加到中性。因此优化的亚硫酸钠用量为10%。2.3液固比对预处理的影响在预处理温度为160℃、亚硫酸钠用量为10%（质量）、不加NaOH、预处理时间为6
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质纤维素新型预处理与顽抗特性[J]. 崔美,黄仁亮,苏荣欣,齐崴,张毅民,何志敏. 化工学报. 2012(03)
[2]接枝磺化木质素高效减水剂的配伍性能研究[J]. 刘青,楼宏铭,杨东杰,邓国兴,邱学青. 精细化工. 2008(10)
[3]木质素磺酸盐磺化度测定方法的改进[J]. 庞煜霞,杨东杰,邱学青,张娜娜. 中华纸业. 2006(11)
博士论文
[1]白腐菌高效改性木质素促进秸秆酶解反应机制研究[D]. 宋丽丽.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]麦草碱木素的高温磺化改进及木素在纤维表面的沉积机理探索[D]. 刘志平.华南理工大学 2012
本文编号：3377707
【文章来源】：化工学报. 2018,69(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
温度对玉米芯残渣预处理的影响
为120℃时，底物酶解效率为56.2%，预处理温度提高至180℃时，底物酶解效率达到了83.9%。由图2(b)可知，预处理液的pH随温度的上升而逐渐下降，这是因为预处理过程中木质素发生高温磺化反应，磺化程度随着温度的升高而增加，亚硫酸钠消耗量也随之增加[20]，导致预处理液pH下降。但预处理液中木质素浓度则在160℃时最高，温度升到170℃和180℃时，预处理液中木质素浓度反而下降。这是因为温度高于160℃时，可溶性木质素图2温度对玉米芯残渣预处理的影响Fig.2Effectsoftemperatureonpretreatmentofcorncobresidue图1玉米芯残渣碱性亚硫酸盐预处理流程Fig.1Processofalkalinesulfitepretreatmentofcorncobresidue
化工学报第69卷·510·发生缩聚，分子量大大增大，出现聚集沉淀，检测到的可溶性木质素含量降低。预处理温度从160℃升高到180℃时，酶解效率仅从79%提高到83%，提高并不明显，而且底物中的纤维素反而有少量损失，得到的预处理液中木质素磺酸钠浓度反而较低，因此优化的预处理温度为160℃。2.2亚硫酸钠用量对预处理的影响在预处理温度为160℃、液固比为9:1、不加NaOH、预处理时间为60min的条件下，研究亚硫酸钠用量对预处理的影响，分别为1%、2%、5%、10%、15%、20%（基于底物干基）。由图3(a)可知，随着亚硫酸钠用量的增加，原料中木质素去除率明显提高。当亚硫酸钠用量为10%时，预处理后底物中木质素含量为11.2%，与未处理原料中木质素（30%）相比，去除率达62.7%；而亚硫酸钠用量增加到20%时，底物中木质素只剩下2.4%，已几乎全部脱除木质素。预处理后底物的酶解效率随着亚硫酸钠用量的增加呈现先减小后增大的趋势。5%以内的亚硫酸图3亚硫酸盐用量对玉米芯残渣预处理的影响Fig.3EffectsofNa2SO3dosageonpretreatmentofcorncobresidue钠用量反而使酶解效率比未处理原料更低，原因是原料呈酸性，在亚硫酸钠用量较低时，预处理液初始pH呈酸性，此时不仅难以脱除原料中的木质素，且会水解原料中少量溶解酶解的无定形纤维素，预处理后的底物中纤维素的结晶度更高，导致酶解效率下降。从图3可见，当亚硫酸钠用量从10%提高到20%时，底物在pH为5.5时的酶解效率并无增长，预处理液中木质素磺酸钠收率也没有显著增加；预处理液的pH则随着亚硫酸钠用量增加而从酸性逐渐增加到中性。因此优化的亚硫酸钠用量为10%。2.3液固比对预处理的影响在预处理温度为160℃、亚硫酸钠用量为10%（质量）、不加NaOH、预处理时间为6
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质纤维素新型预处理与顽抗特性[J]. 崔美,黄仁亮,苏荣欣,齐崴,张毅民,何志敏. 化工学报. 2012(03)
[2]接枝磺化木质素高效减水剂的配伍性能研究[J]. 刘青,楼宏铭,杨东杰,邓国兴,邱学青. 精细化工. 2008(10)
[3]木质素磺酸盐磺化度测定方法的改进[J]. 庞煜霞,杨东杰,邱学青,张娜娜. 中华纸业. 2006(11)
博士论文
[1]白腐菌高效改性木质素促进秸秆酶解反应机制研究[D]. 宋丽丽.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]麦草碱木素的高温磺化改进及木素在纤维表面的沉积机理探索[D]. 刘志平.华南理工大学 2012
本文编号：3377707
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