两步法预处理增强木质纤维素糖化的研究
发布时间：2022-01-22 00:47
木质纤维素是一种来源广泛并且大规模可再生的生物质资源。以生物质为原料的生物炼制是清洁可再生能源领域中的研究热点。目前,蒸汽爆破预处理是生物炼制中较有前途的预处理方法之一。然而,由于蒸汽爆破预处理反应条件剧烈,容易发生木质素重聚,使纤维素的酶水解性能降低。针对木质素的重聚问题,本文提出在蒸汽爆破前增加木质素的碱性改性（磺化或氧化）步骤即两步法预处理的策略,降低木质素的重聚,从而提高纤维素的酶水解性能,增强木质纤维素的糖化,并实现木质纤维原料的综合利用。对木质纤维原料分别进行湿磨处理和蒸汽爆破预处理后发现,湿磨处理对物料组分几乎没影响;蒸汽爆破预处理选择性去除了木质纤维中的半纤维素,提高纤维素可及度,有利于提高纤维素酶水解得率。湿磨浆料的木质素重聚程度为10.6,蒸汽爆破浆料的重聚程度分别为17.0（200℃,5min）和20.0（210℃,5min）,表明处理温度越高,木质素重聚程度越高。对湿磨浆料和蒸汽爆破物料进行磺化处理后发现,湿磨浆料通过磺化能接入的酸性基团比蒸汽爆破物料能接入的磺酸基团多得多,结果说明,重聚反应降低了木质素对后续化学改性的反应活性。以杨木为研究对象进行碱性磺化-蒸...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质纤维结构[11]
两步法预处理增强木质纤维素糖化的研究10碳正离子[59,62]，重聚反应优先发生在碳正离子和木质素苯环的C6位之间，使得解聚反应产生的小分子碎片或者木质素本身通过牢固的C-C键结合到木质素大分子上。也有研究指出，在水热环境中，水和木质素被热解产生氢自由基（·H）、羟基自由基（·OH）和酚氧自由基等，引发木质素的自由基重聚[63-64]。木质素的解聚与重聚如图1.2所示。因此，重聚反应增大了木质素分子量，降低了木质素的化学反应活性和可提取性[60]。图1.2木质素的解聚与重聚反应可能发生的途径Figure1.2Possiblewaysofdepolymerizationandrepolymerizationoflignin肖领平等人研究发现，在水热预处理中液态水温度高于140℃时，木质素重聚并沉积在纤维表面形成直径0.2-70μm的微木质素小球颗粒[65]。另外，随着预处理反应条件加剧，木质素重聚反应更加剧烈。孟鑫等人用绿液（Na2S和Na2CO3）对杨木预处理，发现逐渐增加绿液用量，木质素缩合程度增加[66]。孙邵龙等人在对木质素重聚的研究中也得出了同样的结论，即随着稀酸预处理反应温度升高，木质素的重聚反应也随之加剧[71]。1.6.2重聚木质素对纤维素酶水解的障碍通常认为，木质素对木质纤维酶水解主要具有物理屏障作用（包括木质素聚合度、含量、孔径等因素）[67]和化学屏障作用（非生产性吸附）[68]两方面的抑
江苏大学硕士学位论文37和1620cm-1吸收峰主要是羰基/羧基的伸缩振动。结果表明，碱性磺化后木质素结构中出现了亲水性功能基团如羧基和磺酸基。a.Kraft木质素b.碱木质素c.碱性磺化木质素图3.1预处理后木质素的红外光谱图Figure3.1FT-IRspectraofligninafterpretreatments3.3.1.4预处理对物料外表的影响由图3.2可知，湿磨浆料表面结构平整光滑，呈有规律、紧密有序结构排列，质地坚硬（图a）。蒸汽爆破浆料的木质素发生重聚，经熔融、迁移、呈液滴状沉积在纤维表面，有可能对纤维素酶接触纤维表面造成物理屏障作用（图b、c）。经磺化处理-蒸汽爆破预处理的物料由于部分半纤维素和木质素的脱除，表面已经没有大量木质素液滴的沉积，有利于纤维素酶对纤维的进攻（图d、e）。ab
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”背景下我国生物质能源发展的机遇与挑战[J]. 曹曼. 低碳世界. 2019(08)
[2]LiCl/DMAc溶解再生甘蔗渣的表征分析与酶解特性[J]. 尹文洁,齐高相,王建辉,申渝,龚明波. 可再生能源. 2019(08)
[3]能源利用、环境保护与社会可持续发展探讨[J]. 苏文韬,胡伟,牛耀岚. 能源与环保. 2019(07)
[4]螺杆挤压法木质纤维素预处理的研究进展[J]. 虞雯,泮国荣,肖竹钱,沙如意,葛青,范煜,毛建卫. 科技通报. 2019(06)
[5]羟丙基化碱木质素的制备及其对纤维素酶水解的影响[J]. 赵存异,应文俊,史正军,杨海艳,郑志锋,杨静. 林产化学与工业. 2019(02)
[6]全球能源短缺调查及思考[J]. 张传坤,牛文东,赵舒铭,张远镇,牛子凡. 国网技术学院学报. 2019(02)
[7]表面活性剂对纤维素酶解的影响及机理[J]. 张家顺,高丽莉,马江山,刘高强. 生物技术通报. 2019(09)
[8]《BP世界能源展望》2019年中文版发布[J]. 卢凯瑞. 中国石油石化. 2019(08)
[9]碱性过氧化氢预处理小麦秸秆强化酶解产糖的研究[J]. 苗林平,霍丽,徐力,周瑞佳,杨明琰,樊成. 纤维素科学与技术. 2018(04)
[10]蒸汽爆破预处理对玉米芯酶水解的影响[J]. 王风芹,谢慧,仝银杏,李传斌,任天宝,宋安东. 太阳能学报. 2018(06)
博士论文
[1]木质生物质水热资源化利用过程机理研究[D]. 肖领平.北京林业大学 2014
硕士论文
[1]木质纤维素预处理及其降解机制的研究[D]. 李萍.北京化工大学 2017
本文编号：3601257
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质纤维结构[11]
两步法预处理增强木质纤维素糖化的研究10碳正离子[59,62]，重聚反应优先发生在碳正离子和木质素苯环的C6位之间，使得解聚反应产生的小分子碎片或者木质素本身通过牢固的C-C键结合到木质素大分子上。也有研究指出，在水热环境中，水和木质素被热解产生氢自由基（·H）、羟基自由基（·OH）和酚氧自由基等，引发木质素的自由基重聚[63-64]。木质素的解聚与重聚如图1.2所示。因此，重聚反应增大了木质素分子量，降低了木质素的化学反应活性和可提取性[60]。图1.2木质素的解聚与重聚反应可能发生的途径Figure1.2Possiblewaysofdepolymerizationandrepolymerizationoflignin肖领平等人研究发现，在水热预处理中液态水温度高于140℃时，木质素重聚并沉积在纤维表面形成直径0.2-70μm的微木质素小球颗粒[65]。另外，随着预处理反应条件加剧，木质素重聚反应更加剧烈。孟鑫等人用绿液（Na2S和Na2CO3）对杨木预处理，发现逐渐增加绿液用量，木质素缩合程度增加[66]。孙邵龙等人在对木质素重聚的研究中也得出了同样的结论，即随着稀酸预处理反应温度升高，木质素的重聚反应也随之加剧[71]。1.6.2重聚木质素对纤维素酶水解的障碍通常认为，木质素对木质纤维酶水解主要具有物理屏障作用（包括木质素聚合度、含量、孔径等因素）[67]和化学屏障作用（非生产性吸附）[68]两方面的抑
江苏大学硕士学位论文37和1620cm-1吸收峰主要是羰基/羧基的伸缩振动。结果表明，碱性磺化后木质素结构中出现了亲水性功能基团如羧基和磺酸基。a.Kraft木质素b.碱木质素c.碱性磺化木质素图3.1预处理后木质素的红外光谱图Figure3.1FT-IRspectraofligninafterpretreatments3.3.1.4预处理对物料外表的影响由图3.2可知，湿磨浆料表面结构平整光滑，呈有规律、紧密有序结构排列，质地坚硬（图a）。蒸汽爆破浆料的木质素发生重聚，经熔融、迁移、呈液滴状沉积在纤维表面，有可能对纤维素酶接触纤维表面造成物理屏障作用（图b、c）。经磺化处理-蒸汽爆破预处理的物料由于部分半纤维素和木质素的脱除，表面已经没有大量木质素液滴的沉积，有利于纤维素酶对纤维的进攻（图d、e）。ab
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”背景下我国生物质能源发展的机遇与挑战[J]. 曹曼. 低碳世界. 2019(08)
[2]LiCl/DMAc溶解再生甘蔗渣的表征分析与酶解特性[J]. 尹文洁,齐高相,王建辉,申渝,龚明波. 可再生能源. 2019(08)
[3]能源利用、环境保护与社会可持续发展探讨[J]. 苏文韬,胡伟,牛耀岚. 能源与环保. 2019(07)
[4]螺杆挤压法木质纤维素预处理的研究进展[J]. 虞雯,泮国荣,肖竹钱,沙如意,葛青,范煜,毛建卫. 科技通报. 2019(06)
[5]羟丙基化碱木质素的制备及其对纤维素酶水解的影响[J]. 赵存异,应文俊,史正军,杨海艳,郑志锋,杨静. 林产化学与工业. 2019(02)
[6]全球能源短缺调查及思考[J]. 张传坤,牛文东,赵舒铭,张远镇,牛子凡. 国网技术学院学报. 2019(02)
[7]表面活性剂对纤维素酶解的影响及机理[J]. 张家顺,高丽莉,马江山,刘高强. 生物技术通报. 2019(09)
[8]《BP世界能源展望》2019年中文版发布[J]. 卢凯瑞. 中国石油石化. 2019(08)
[9]碱性过氧化氢预处理小麦秸秆强化酶解产糖的研究[J]. 苗林平,霍丽,徐力,周瑞佳,杨明琰,樊成. 纤维素科学与技术. 2018(04)
[10]蒸汽爆破预处理对玉米芯酶水解的影响[J]. 王风芹,谢慧,仝银杏,李传斌,任天宝,宋安东. 太阳能学报. 2018(06)
博士论文
[1]木质生物质水热资源化利用过程机理研究[D]. 肖领平.北京林业大学 2014
硕士论文
[1]木质纤维素预处理及其降解机制的研究[D]. 李萍.北京化工大学 2017
本文编号：3601257
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