蒸汽爆破—微波辐射联合预处理玉米秸秆的研究

发布时间：2020-03-21 20:15

【摘要】：利用木质纤维原料可持续的生产燃料乙醇是替代化石燃料的最合适途径之一，而原料的预处理是原料实际转化过程中的一个关键步骤。研究和优化预处理工艺对燃料乙醇产业的发展具有重要的意义。 在本研究中，综合考虑现有的蒸气爆破和微波辐射预处理各自的特点，为获得更高的酶解率和糖产率，提出了一种新型预处理工艺—蒸汽爆破-微波辐射(SE-MI)联合预处理工艺，利用其处理玉米秸秆并进行了较为系统的研究和优化。 论文首先建立了一套蒸气爆破-微波辐射预处理装置，并对预处理反应器内的温度、压力、水蒸气流速和微波辐射强度进行数值模拟。结果表明微波馈口处的温度和辐射强度均较高，15L反应器中物料处理量的合适范围为100~400g。 与蒸气爆破预处理的对比试验研究表明，物料经蒸气爆破-微波辐射预处理后，酶解率大幅提高，但由于固体产率有所降低，因此总糖产率只略有提高。当反应温度为170℃和190℃，反应时间5min时，物料的总糖产率分别增加了1.58g/100g总糖和1.66g/100g总糖，达到52.34g/100g总糖和69.95g/100g总糖。 适当增加反应温度和反应时间可以显著提高蒸气爆破-微波辐射预处理的效果。当反应温度190℃、反应时间10min，或反应温度200℃、反应时间5min时，总糖产率较大，分别达到74.64g/100g总糖和75.25g/100g总糖。 微波辐射对物料具有显著的去晶化作用，但对物料酶解率和糖产率的提高不显著。与无微波作用的预处理物料相比，物料在微波作用下其结晶度大幅降低了15.6~19.9%，，达到37.7~42.0%。在较高反应温度下结晶度的降低更显著。因此综合考虑糖产率和能耗，采用较低的微波功率和较短的微波辐射时间较为合适。 反应温度、反应时间和物料处理量对预处理的影响最为显著。通过正交实验得到最优预处理条件为：物料粒径1~6mm、物料含水量20%、反应温度200℃、反应时间5min、微波功率540W、微波辐射时间1min、物料处理量200g（在15L反应器中）。在此条件下，总糖产率为81.31g/100g总糖，纤维素酶适用的最小酶载荷为15FPU/g葡聚糖。这一结果虽低于当前较常用的酸催化汽爆工艺预处理玉米秸秆的最大总糖产率，但由于无需加入SO_2或硫酸等酸催化剂，因此在环保、操作和成本上更具竞争力。
【图文】：

由中国科学院(CAS)、山东省和青岛市政府联合投资能源与过程研究所(QIBEBT)，其启动资金达3.5亿元6.5公顷土地[5]。QIBEBT主要从事可持续生物能源的济发展、减少对化石燃料的依赖、保护环境、刺激当纤维原料的组成和结构示为木质纤维原料的结构示意图。木质纤维原料主要维素和木质素三类聚合物组成[7]，此外还含有少量的[8]。对于不同种类的植物，这些成分的组成比例也不维原料的纤维素、半纤维素和木质素组分占物料干有较多的纤维素，而麦秆和玉米秸秆含有较多的半纤着其年龄、生长阶段和其它条件的变化，各成分的比

松木b46.4 8.8 29.4白杨木b49.9 17.4 18.1麦秆b38.2 21.2 23.4柳枝稷b31.0 20.4 17.6办公用纸b68.6 12.4 11.3：由于次要组分未列出，因此数据相加不等于 100%；a还包括 23.7%的淀粉干重；b数据来源于 Wiselogel 等[11]。.1.1.1 纤维素纤维素由 D-葡萄糖单元通过 β-1,4 糖苷键连接而成。植物中的纤维素包含结晶（有序）结构和无定形（无序）结构。纤维素链结合形成相互独立并通过弱氢键结合的纤维素纤维，也称纤维素束[12]。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 黄儒强,芮汉明,曾庆孝;爆裂玉米与普通玉米微波真空膨化特性比较[J];华南理工大学学报(自然科学版);2003年01期

2 王X;蒋建新;宋先亮;;蒸汽爆破预处理木质纤维素及其生物转化研究进展[J];生物质化学工程;2006年06期

本文编号：2593878