水热预处理过程中pH值对玉米秸秆水解特性的影响
发布时间：2021-10-16 03:12
本研究采用乙酸或NaOH调节水热预处理的pH值,通过分析玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木素降解产物的变化,研究了水热预处理的pH值对玉米秸秆水解特性的影响。结果表明,在水热预处理过程中,乙酸的添加促进了纤维素和半纤维素降解,但木素溶出率略有下降,水解液中木糖、低聚木糖、葡萄糖等糖类物质含量增加,糠醛和5-羟甲基糠醛等物质含量快速提升;当NaOH用量小于3%时,随着NaOH用量增加,纤维素和半纤维素降解减少,NaOH主要消耗于半纤维素中的乙酰基脱除;当NaOH用量为3%时,此时水热预处理终点pH值为5.84,固体物料得率达到最大值为75.15%;继续增加NaOH用量,木素的溶出率开始增加,固体物料得率下降。结果显示pH值可以成为调控水热预处理水解效果的重要手段。
【文章来源】：中国造纸. 2020,39(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验流程示意图
半纤维素是玉米秸秆的主要化学成分之一，在水热预处理条件下容易发生降解，生成低聚木糖、木糖和阿拉伯糖等糖类物质，这些糖类物质还可以进一步脱水生成糠醛等，而半纤维素侧链上的乙酰基水解可以生成乙酸。在水热预处理过程中添加乙酸或Na OH，所得水解液化学成分变化如图2和图3所示。从图2可以看出，当终点p H值为5.84时，水解液中总木糖生成量最低；当终点p H值高于5.84时，随着Na OH用量增加，水解液中总木糖生成量逐渐增加，但在p H值接近中性和弱碱性后，总木糖生成量变化不明显；当终点p H值低于5.84时，随着p H值降低，水解液中总木糖逐渐增加，达到最高点7.45%，然后开始降低。从图2还可以看出，在所研究的p H值范围内，低聚木糖的变化趋势和总木糖相似，其生成量远大于木糖，当终点p H值超过5.84后，木糖生成量几乎不变。当p H值为5.84时，此时水解液中最低总木糖生成量为3.43%，低聚木糖在溶出总木糖中约占97.68%；当p H值降低到4.35时，总木糖增加至7.45%，低聚木糖在总木糖中所占比例为84.03%；当p H值升高至6.86时，总木糖生成量增加到4.90%，低聚木糖在总木糖中所占比例为91.20%；也就是说，在水热预处理时，加入酸比加入碱更能提高木糖类物质生成量。半纤维素中阿拉伯糖的溶出规律和木糖不同，当Na OH用量为2%～3%时，阿拉伯糖生成量有1个极小值，随着p H值的升高，阿拉伯糖生成量升高，p H值大于6.86后变化不大，若降低p H值，阿拉伯糖生成量先升高后再降低。
在酸性条件下，半纤维素降解生成的木糖和阿拉伯糖会进一步脱水生成糠醛，如图3所示，当预处理终点p H值低于4.72时，糠醛的生成量迅速增加，此时木糖和阿拉伯糖生成量在达到极大值后出现不同程度下降。但当p H值高于4.72时，在水解液中没有检测到糠醛，说明此时五碳糖能够稳定存在。水解液中乙酸主要来自半纤维素上乙酰基脱除，在酸性或碱性条件下，乙酰基酯键比糖苷键更容易水解。从图3可以看出，当水热预处理只加入水时，乙酸生成量最低。随着水热预处理时乙酸的加入，水解液中乙酸生成量升高，此时水解液中乙酸量是添加的乙酸与半纤维素乙酰基水解产生乙酸二者之和。当在水热预处理过程中添加Na OH时，随着Na OH用量增加，半纤维素上的乙酰基脱除量不断增加，当Na OH用量为3%时，与水热预处理比较，乙酸生成量提高了65%，其后继续增加Na OH用量，乙酸生成量变化不大，这也说明半纤维素上乙酰基的脱除，是Na OH消耗的主要原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆高得率浆细小组分特性及其对纸浆性能影响[J]. 张琛霞,王高升,孔军军,杨昊,张玲. 中国造纸. 2019(07)
[2]水热预处理方式对玉米秸秆水解液特性的影响[J]. 孙明霞,王高升,韩笑宇,张琛霞. 太阳能学报. 2019(06)
[3]我国农作物秸秆资源利用特征、技术模式及发展建议[J]. 石祖梁,王飞,王久臣,李想,孙仁华,宋成军. 中国农业科技导报. 2019(05)
[4]响应面法优化生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的研究[J]. 李学琴,雷廷宙,陈高峰,朱金陵,何晓峰,徐海燕. 太阳能学报. 2019(03)
[5]玉米秸秆酶法降解洗脱解吸工艺优化研究[J]. 丁为,张访华. 食品工业. 2019(03)
[6]乙酸强化水热预水解对相思木半纤维素溶出及组分与结构的影响[J]. 郭凯原,石海强,曹楠,牛梅红,平清伟. 中国造纸学报. 2018(03)
[7]玉米秸秆高得率浆细小组分机械处理及其对OCC浆增强的研究[J]. 韩笑宇,王高升,张琛霞,罗雅丹. 中国造纸. 2018(06)
[8]Comparative Study of Water-soluble and Alkali-soluble Hemicelluloses Extracted by Hydrothermal Pretreatment[J]. LianHua Fu,LingYan Meng,YaYu Li,MingGuo Ma. Paper and Biomaterials. 2017(01)
[9]紫外光谱定量测定木质纤维预水解液中溶解性木素和糠醛含量[J]. 赵旭红,石海强,张健,李娜,牛梅红,平清伟. 化工学报. 2015(06)
[10]木质纤维素类生物质高温液态水预处理技术[J]. 余强,庄新姝,袁振宏,亓伟,王闻,王琼,杨丽芳,谭雪松. 化工进展. 2010(11)
本文编号：3439033
【文章来源】：中国造纸. 2020,39(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验流程示意图
半纤维素是玉米秸秆的主要化学成分之一，在水热预处理条件下容易发生降解，生成低聚木糖、木糖和阿拉伯糖等糖类物质，这些糖类物质还可以进一步脱水生成糠醛等，而半纤维素侧链上的乙酰基水解可以生成乙酸。在水热预处理过程中添加乙酸或Na OH，所得水解液化学成分变化如图2和图3所示。从图2可以看出，当终点p H值为5.84时，水解液中总木糖生成量最低；当终点p H值高于5.84时，随着Na OH用量增加，水解液中总木糖生成量逐渐增加，但在p H值接近中性和弱碱性后，总木糖生成量变化不明显；当终点p H值低于5.84时，随着p H值降低，水解液中总木糖逐渐增加，达到最高点7.45%，然后开始降低。从图2还可以看出，在所研究的p H值范围内，低聚木糖的变化趋势和总木糖相似，其生成量远大于木糖，当终点p H值超过5.84后，木糖生成量几乎不变。当p H值为5.84时，此时水解液中最低总木糖生成量为3.43%，低聚木糖在溶出总木糖中约占97.68%；当p H值降低到4.35时，总木糖增加至7.45%，低聚木糖在总木糖中所占比例为84.03%；当p H值升高至6.86时，总木糖生成量增加到4.90%，低聚木糖在总木糖中所占比例为91.20%；也就是说，在水热预处理时，加入酸比加入碱更能提高木糖类物质生成量。半纤维素中阿拉伯糖的溶出规律和木糖不同，当Na OH用量为2%～3%时，阿拉伯糖生成量有1个极小值，随着p H值的升高，阿拉伯糖生成量升高，p H值大于6.86后变化不大，若降低p H值，阿拉伯糖生成量先升高后再降低。
在酸性条件下，半纤维素降解生成的木糖和阿拉伯糖会进一步脱水生成糠醛，如图3所示，当预处理终点p H值低于4.72时，糠醛的生成量迅速增加，此时木糖和阿拉伯糖生成量在达到极大值后出现不同程度下降。但当p H值高于4.72时，在水解液中没有检测到糠醛，说明此时五碳糖能够稳定存在。水解液中乙酸主要来自半纤维素上乙酰基脱除，在酸性或碱性条件下，乙酰基酯键比糖苷键更容易水解。从图3可以看出，当水热预处理只加入水时，乙酸生成量最低。随着水热预处理时乙酸的加入，水解液中乙酸生成量升高，此时水解液中乙酸量是添加的乙酸与半纤维素乙酰基水解产生乙酸二者之和。当在水热预处理过程中添加Na OH时，随着Na OH用量增加，半纤维素上的乙酰基脱除量不断增加，当Na OH用量为3%时，与水热预处理比较，乙酸生成量提高了65%，其后继续增加Na OH用量，乙酸生成量变化不大，这也说明半纤维素上乙酰基的脱除，是Na OH消耗的主要原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆高得率浆细小组分特性及其对纸浆性能影响[J]. 张琛霞,王高升,孔军军,杨昊,张玲. 中国造纸. 2019(07)
[2]水热预处理方式对玉米秸秆水解液特性的影响[J]. 孙明霞,王高升,韩笑宇,张琛霞. 太阳能学报. 2019(06)
[3]我国农作物秸秆资源利用特征、技术模式及发展建议[J]. 石祖梁,王飞,王久臣,李想,孙仁华,宋成军. 中国农业科技导报. 2019(05)
[4]响应面法优化生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的研究[J]. 李学琴,雷廷宙,陈高峰,朱金陵,何晓峰,徐海燕. 太阳能学报. 2019(03)
[5]玉米秸秆酶法降解洗脱解吸工艺优化研究[J]. 丁为,张访华. 食品工业. 2019(03)
[6]乙酸强化水热预水解对相思木半纤维素溶出及组分与结构的影响[J]. 郭凯原,石海强,曹楠,牛梅红,平清伟. 中国造纸学报. 2018(03)
[7]玉米秸秆高得率浆细小组分机械处理及其对OCC浆增强的研究[J]. 韩笑宇,王高升,张琛霞,罗雅丹. 中国造纸. 2018(06)
[8]Comparative Study of Water-soluble and Alkali-soluble Hemicelluloses Extracted by Hydrothermal Pretreatment[J]. LianHua Fu,LingYan Meng,YaYu Li,MingGuo Ma. Paper and Biomaterials. 2017(01)
[9]紫外光谱定量测定木质纤维预水解液中溶解性木素和糠醛含量[J]. 赵旭红,石海强,张健,李娜,牛梅红,平清伟. 化工学报. 2015(06)
[10]木质纤维素类生物质高温液态水预处理技术[J]. 余强,庄新姝,袁振宏,亓伟,王闻,王琼,杨丽芳,谭雪松. 化工进展. 2010(11)
本文编号：3439033
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