纸浆污泥纤维素酶水解糖化与增效工艺及机理的研究
发布时间：2021-04-28 18:58
纸浆污泥是制浆造纸工业的主要固体废弃物,含有约40%～60%的纤维素资源,可以作为生产纤维素乙醇的原料。相对木质纤维素原料,纸浆污泥具有价格低廉、纤维结构疏松等优点。纸浆污泥通过纤维素酶水解发酵乙醇,将会拓宽生物质乙醇的原料来源,同时,减小纸浆污泥排放对环境造成的压力,是工业废弃物一种极具潜力的能源转化方式。本论文以纸浆纤维为底物,探讨了纤维素酶在纤维上的吸附以及酶水解过程中一系列物理和化学的变化,建立了纸浆污泥酶水解的动力学模型,为纸浆污泥的酶水解提供理论依据。另外,提出了一种使用阳离子聚合物,提高纤维素酶水解效率的新方法,可以大大降低酶解糖化的生产成本。纤维素酶在纤维上的吸附是酶水解反应的第一步。纤维素酶在纤维上吸附60 min时基本达到吸附平衡;纤维素酶吸附的过程满足二级吸附动力学模型,可表示为（?）的形式;纤维素酶在纤维上的吸附平衡满足Langmuir等温吸附;纤维素酶在短纤维上有最大的吸附量,而在长纤维上的吸附平衡常数最大,最易达到吸附平衡。纤维素酶吸附的热力学研究表明,纤维素酶吸附过程的吉布斯自由能△G°小于0,是自发过程,吸附同时存在物理吸附和化学吸附;吸附的反应焓变△H...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 木质纤维素资源及其能源转化
1.1.1 木质纤维素的结构及成分
1.1.2 纤维素酶的组成及作用机理
1.1.3 木质纤维素乙醇的研究进展
1.2 制浆造纸工业纤维素污泥的能源转化
1.2.1 制浆造纸工业概况
1.2.2 纸浆污泥废弃物的产生和处理方式
1.2.3 以纸浆污泥为原料的生物乙醇
1.3 阳离子聚丙烯酰胺在制浆造纸工业中的作用及机理
1.3.1 电荷补丁机理
1.3.2 电中和机理
1.3.3 电荷桥接机理
1.4 本论文研究目的意义及内容
1.4.1 研究的目的和意义
1.4.2 研究的主要内容
第二章 纤维素酶的吸附特性
2.1 实验原料与方法
2.1.1 实验原料及仪器
2.1.2 不同长度纤维的筛分
2.1.3 蛋白质含量的测定
2.1.4 纤维素酶的吸附
2.1.5 纤维素酶的等温吸附线
2.2 纤维素酶的吸附
2.2.1 纤维素酶的吸附动力学
2.2.2 纤维素酶在纤维上的吸附平衡
2.2.3 纤维素酶的吸附热力学
2.3 阳离子聚合物对纤维素酶吸附的影响
2.3.1 阳离子电荷量对纤维素酶吸附的影响
2.3.2 阳离子聚合物分子量对纤维素酶吸附的影响
2.3.3 阳离子聚合物对不同浓度纤维素酶溶液吸附的增效
2.4 本章小结
第三章 漂白木浆的酶水解行为
3.1 实验原料与方法
3.1.1 实验原料
3.1.2 葡萄糖的检测
3.1.3 TOC 的检测
3.1.4 纤维素酶酶活的检测
3.1.5 纤维素的酶水解及转化率的计算
3.2 纤维素酶活力的影响因素
3.2.1 温度对纤维素酶活力的影响
3.2.2 pH 值对纤维素酶活力的影响
3.2.3 离子强度对纤维素酶活力的影响
3.3 响应面曲线优化纤维素酶水解工艺
3.3.1 响应面法研究纤维素酶水解影响因素
3.3.2 影响因素的选择及实验设计
3.3.3 响应面法实验结果
3.3.4 模型拟合及方差分析
3.3.5 响应面曲线分析
3.3.6 影响因素的优化
3.4 酶解过程中纤维形态的变化
3.5 纤维素酶解过程中糖的溶出规律
3.6 不同游离度纸浆纤维的酶水解
3.7 纸浆回用次数对酶水解的影响
3.8 本章小结
第四章 不同长度纤维酶水解行为与温度的关系
4.1 实验原料与方法
4.1.1 实验原料
4.1.2 不同纤维长度纸浆纤维的筛分
4.1.3 纤维的酶水解实验
4.1.4 纤维素酶在纤维上的吸附
4.1.5 纤维结晶度的测定
4.2 不同纤维底物的长度及长度分布
4.3 纤维在不同温度下的酶水解行为
4.3.1 不同纤维底物酶水解效率与温度的关系
4.3.2 不同纤维底物酶水解的初始活化能
4.3.3 纤维在不同温度下的酶水解
4.4 本章小结
第五章 阳离子聚合物对酶水解的增效
5.1 实验原料与方法
5.1.1 实验原料
5.1.2 葡萄糖的检测
5.1.3 TOC 的检测
5.1.4 纤维素酶活力的检测
5.2 阳离子聚合物提高纤维素酶解效率
5.2.1 阳离子聚合物增加纤维素酶与底物的吸附
5.2.2 阳离子聚合物提高纤维素酶相对酶活
5.2.3 阳离子聚合物对纤维素酶水解的影响
5.2.4 搅拌强度对纤维素酶水解的影响
5.2.5 延迟添加阳离子聚合物的影响
5.2.6 阳离子聚合物提高纤维酶水解效率的机理讨论
5.3 阳离子聚合物提高淀粉酶解效率
5.4 阳离子聚合物的筛选
5.5 本章小结
第六章 纤维酶水解辅助纸浆污泥脱水
6.1 实验原料与方法
6.1.1 实验原料
6.1.2 漂白浆和纸浆污泥的酶处理
6.1.3 纤维质量分析
6.1.4 纸浆污泥脱水
6.1.5 纸浆污泥过滤比阻测试
6.1.6 污泥滤饼的密度
6.2 漂白浆酶处理过程中纤维形态变化
6.3 酶处理对漂白木浆过滤比阻的影响
6.3.1 不同酶处理程度对漂白浆过滤比阻的影响
6.3.2 阳离子聚合物降低酶处理漂白木浆过滤比阻
6.4 酶处理对漂白木浆滤饼固含量的影响
6.5 酶处理提高纸浆污泥脱水固含量及经济分析
6.5.1 纤维素酶处理提高纸浆污泥滤饼固含量
6.5.2 纸浆污泥酶处理提高滤饼固含量的经济分析
6.6 本章小结
第七章 纸浆污泥酶水解动力学及工业化分析
7.1 实验原料与方法
7.1.1 实验原料
7.1.2 葡萄糖的检测
7.2 纸浆污泥酶水解的影响因素
7.2.1 纸浆污泥酶水解过程细菌的影响
7.2.2 纸浆污泥酶水解过程pH 值的变化
7.3 纸浆污泥酶水解的动力学
7.3.1 纸浆污泥酶水解的动力学模型
7.3.2 不同纸浆污泥底物浓度下的酶水解
7.3.3 不同纤维素酶用量下的酶水解
7.4 阳离子聚合物提高纸浆污泥酶水解效率
7.4.1 阳离子聚合物用量对纸浆污泥酶水解的影响
7.4.2 工厂中试
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质纤维素类生物质制备燃料乙醇的微生物研究进展[J]. 奚立民,曹树勇,柯中炉. 化工进展. 2009(11)
[2]纤维形态参数及测量[J]. 王丹枫. 中国造纸. 2000(01)
本文编号：3166000
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 木质纤维素资源及其能源转化
1.1.1 木质纤维素的结构及成分
1.1.2 纤维素酶的组成及作用机理
1.1.3 木质纤维素乙醇的研究进展
1.2 制浆造纸工业纤维素污泥的能源转化
1.2.1 制浆造纸工业概况
1.2.2 纸浆污泥废弃物的产生和处理方式
1.2.3 以纸浆污泥为原料的生物乙醇
1.3 阳离子聚丙烯酰胺在制浆造纸工业中的作用及机理
1.3.1 电荷补丁机理
1.3.2 电中和机理
1.3.3 电荷桥接机理
1.4 本论文研究目的意义及内容
1.4.1 研究的目的和意义
1.4.2 研究的主要内容
第二章 纤维素酶的吸附特性
2.1 实验原料与方法
2.1.1 实验原料及仪器
2.1.2 不同长度纤维的筛分
2.1.3 蛋白质含量的测定
2.1.4 纤维素酶的吸附
2.1.5 纤维素酶的等温吸附线
2.2 纤维素酶的吸附
2.2.1 纤维素酶的吸附动力学
2.2.2 纤维素酶在纤维上的吸附平衡
2.2.3 纤维素酶的吸附热力学
2.3 阳离子聚合物对纤维素酶吸附的影响
2.3.1 阳离子电荷量对纤维素酶吸附的影响
2.3.2 阳离子聚合物分子量对纤维素酶吸附的影响
2.3.3 阳离子聚合物对不同浓度纤维素酶溶液吸附的增效
2.4 本章小结
第三章 漂白木浆的酶水解行为
3.1 实验原料与方法
3.1.1 实验原料
3.1.2 葡萄糖的检测
3.1.3 TOC 的检测
3.1.4 纤维素酶酶活的检测
3.1.5 纤维素的酶水解及转化率的计算
3.2 纤维素酶活力的影响因素
3.2.1 温度对纤维素酶活力的影响
3.2.2 pH 值对纤维素酶活力的影响
3.2.3 离子强度对纤维素酶活力的影响
3.3 响应面曲线优化纤维素酶水解工艺
3.3.1 响应面法研究纤维素酶水解影响因素
3.3.2 影响因素的选择及实验设计
3.3.3 响应面法实验结果
3.3.4 模型拟合及方差分析
3.3.5 响应面曲线分析
3.3.6 影响因素的优化
3.4 酶解过程中纤维形态的变化
3.5 纤维素酶解过程中糖的溶出规律
3.6 不同游离度纸浆纤维的酶水解
3.7 纸浆回用次数对酶水解的影响
3.8 本章小结
第四章 不同长度纤维酶水解行为与温度的关系
4.1 实验原料与方法
4.1.1 实验原料
4.1.2 不同纤维长度纸浆纤维的筛分
4.1.3 纤维的酶水解实验
4.1.4 纤维素酶在纤维上的吸附
4.1.5 纤维结晶度的测定
4.2 不同纤维底物的长度及长度分布
4.3 纤维在不同温度下的酶水解行为
4.3.1 不同纤维底物酶水解效率与温度的关系
4.3.2 不同纤维底物酶水解的初始活化能
4.3.3 纤维在不同温度下的酶水解
4.4 本章小结
第五章 阳离子聚合物对酶水解的增效
5.1 实验原料与方法
5.1.1 实验原料
5.1.2 葡萄糖的检测
5.1.3 TOC 的检测
5.1.4 纤维素酶活力的检测
5.2 阳离子聚合物提高纤维素酶解效率
5.2.1 阳离子聚合物增加纤维素酶与底物的吸附
5.2.2 阳离子聚合物提高纤维素酶相对酶活
5.2.3 阳离子聚合物对纤维素酶水解的影响
5.2.4 搅拌强度对纤维素酶水解的影响
5.2.5 延迟添加阳离子聚合物的影响
5.2.6 阳离子聚合物提高纤维酶水解效率的机理讨论
5.3 阳离子聚合物提高淀粉酶解效率
5.4 阳离子聚合物的筛选
5.5 本章小结
第六章 纤维酶水解辅助纸浆污泥脱水
6.1 实验原料与方法
6.1.1 实验原料
6.1.2 漂白浆和纸浆污泥的酶处理
6.1.3 纤维质量分析
6.1.4 纸浆污泥脱水
6.1.5 纸浆污泥过滤比阻测试
6.1.6 污泥滤饼的密度
6.2 漂白浆酶处理过程中纤维形态变化
6.3 酶处理对漂白木浆过滤比阻的影响
6.3.1 不同酶处理程度对漂白浆过滤比阻的影响
6.3.2 阳离子聚合物降低酶处理漂白木浆过滤比阻
6.4 酶处理对漂白木浆滤饼固含量的影响
6.5 酶处理提高纸浆污泥脱水固含量及经济分析
6.5.1 纤维素酶处理提高纸浆污泥滤饼固含量
6.5.2 纸浆污泥酶处理提高滤饼固含量的经济分析
6.6 本章小结
第七章 纸浆污泥酶水解动力学及工业化分析
7.1 实验原料与方法
7.1.1 实验原料
7.1.2 葡萄糖的检测
7.2 纸浆污泥酶水解的影响因素
7.2.1 纸浆污泥酶水解过程细菌的影响
7.2.2 纸浆污泥酶水解过程pH 值的变化
7.3 纸浆污泥酶水解的动力学
7.3.1 纸浆污泥酶水解的动力学模型
7.3.2 不同纸浆污泥底物浓度下的酶水解
7.3.3 不同纤维素酶用量下的酶水解
7.4 阳离子聚合物提高纸浆污泥酶水解效率
7.4.1 阳离子聚合物用量对纸浆污泥酶水解的影响
7.4.2 工厂中试
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质纤维素类生物质制备燃料乙醇的微生物研究进展[J]. 奚立民,曹树勇,柯中炉. 化工进展. 2009(11)
[2]纤维形态参数及测量[J]. 王丹枫. 中国造纸. 2000(01)
本文编号：3166000
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3166000.html
