脱墨二次纤维预处理及酶解过程研究

发布时间：2017-04-29 07:05

  本文关键词：脱墨二次纤维预处理及酶解过程研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着中国造纸产业原料结构和产品的调整,二次纤维的使用比例越来越大,二次纤维成分复杂,在干燥时会发生不可逆角质化,这就需要丢弃一部分的废纸原料。废纸具有来源广、环境友好、成本低的特点。这些原料主要含有纤维素、半纤维素和木质素,是纤维素乙醇生产的潜在原料。废纸中的木质素及填料对纤维素酶存在一定的无效吸附,影响废纸的酶水解效率。本文通过对二次纤维进行分级处理找到影响酶水解的主要因素,探讨四种不同预处理方法及添加阳离子助剂对二次纤维酶水解效率的影响,并与未处理二次纤维酶水解进行对比研究。主要结论如下：二次纤维经过分级处理,对不同级别的二次纤维进行酶解,其中R80-180(纤维长度介于80目与180目之间的纤维)葡萄糖得率最高(80.33%),其次是R80(纤维长度大于80目纤维)葡萄糖得率(79.72%),R180(纤维长度小于180目纤维)葡萄糖得率最低(55.36%)。R80纸浆中添加1%、5%、10%、15%、20%的R80-180、R180分别进行复配酶解,当R80-180添加量为15%时,葡萄糖得率最高,主要是因为加入R80-180,体系的比表面积增大,纤维素酶与纤维素的接触度提高；添加不同比例的R180葡萄糖得率降低,主要是因为R180中纤维素含量低,且含有大量的杂质,使得纤维素酶产生大量的无效吸附且中毒,使得酶活性降低或丧失。从四种不同级别纸浆的扫描电镜图看出,R80表面光滑,R80-180表面呈绒毛状,拥有较大的比表面积,能很好的与纤维素酶接触,而R180表面拥有一层覆盖物,会提高纤维素酶的无效吸附,从而降低葡萄糖得率。R80添加R180其酶解葡萄糖得率降低,可以推测出R180中含有抑制酶水解的抑制物。经等离子光谱(ICP)检测,二次纤维中含有大量的金属离子,其中对酶水解有抑制作用的包括Fe3、Al3+、Mn2+、Mg2+,因此在酶解时加入EDTA,能有效降低金属离子的影响。二次纤维经过Na2SO3、H2O2、HCl、水预处理后酶解,过氧化氢预处理酶解得率最高(91.67%),其次是亚硫酸钠预处理(87.57%)。对预处理前后的二次纤维进行比表面积及结晶度测定、扫描电镜观察,研究表明,预处理后二次纤维表面分丝帚化,比表面积增加,小孔数目增加,木素含量有所降低,纤维素可及性提高。二次纤维酶水解过程中加入阳离子助剂(Cationic Polyacrylamides简称CPAM,Polyetherimide简称PEI、分散剂)及表面活性剂,结果表明,相同反应条件下,添加分散剂的二次纤维纤维素酶水解效率最高,其次是添加PEI、表面活性剂、CPAM。对添加助剂的二次纤维进行接触角测定,探讨亲水性对酶水解的影响,其中添加分散剂的二次纤维接触角(39.9°)最小,其次是PEI、CPAM,添加助剂的二次纤维接触角均小于原浆(52.2。),这表明添加助剂能够有效提高物料的亲水性,亲水性是影响酶水解的一个重要原因。纤维素酶吸附结果表明,2h前未添加助剂的二次纤维对纤维素酶的吸附量最大,其次为CPAM,PEI,添加分散剂的二次纤维对纤维素酶的吸附量最小。由此可知,提高底物的亲水性可降低对纤维素酶的无效吸附,从而促进纤维素酶水解。
【关键词】：二次纤维 预处理 造纸助剂 酶水解
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X793;TQ352.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 绪论10-26
• 1.1. 引言10
• 1.2. 环境危机与生物质能10
• 1.3. 燃料乙醇的发展10-12
• 1.3.1. 燃料乙醇10-11
• 1.3.2. 国外燃料乙醇的发展11
• 1.3.3. 国内燃料乙醇的发展11
• 1.3.4. 燃料乙醇的发展前景11-12
• 1.4. 木质纤维原料12-15
• 1.4.1 纤维素12-13
• 1.4.2 半纤维素13-14
• 1.4.3 木质素14-15
• 1.4.4 其他组分15
• 1.5 二次纤维15-16
• 1.5.1 国内外废纸应用15-16
• 1.5.2 废纸种类16
• 1.5.3 二次纤维成分16
• 1.6 木质纤维素预处理技术16-19
• 1.6.1 物理法17
• 1.6.2 化学方法17-18
• 1.6.3 物理化学方法18
• 1.6.4 生物法18-19
• 1.7 木质纤维的酶解糖化19-20
• 1.7.1 纤维素酶结构19
• 1.7.2 纤维素酶的作用机理19
• 1.7.3 影响纤维素酶的主要原因19-20
• 1.8 造纸助剂的分类及其结构20-23
• 1.8.1 造纸助剂的分类20-21
• 1.8.2 造纸助剂的结构21-23
• 1.8.3 造纸助剂作用机理23
• 1.9 本论文的选题意义及研究内容23-26
• 1.9.1 研究目的及意义23
• 1.9.2 研究内容23-26
• 2. 脱墨二次纤维分级处理提高酶水解效率研究26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 材料与方法26-29
• 2.2.1 材料及试剂26
• 2.2.2 二次纤维的分级处理26-27
• 2.2.3 不同级别二次纤维组成27-28
• 2.2.4 二次纤维纤维素酶水解糖化及测定方法28-29
• 2.2.5 不同级别二次纤维的表征与分析29
• 2.3 结果与讨论29-38
• 2.3.1 脱墨二次纤维组分分析29-30
• 2.3.2 二次纤维酶水解30-34
• 2.3.3 X-射线衍射测定结晶度34-35
• 2.3.4 红外光谱(FT-IR)分析35-36
• 2.3.5 扫描电镜分析36-37
• 2.3.6 比表面积分析37-38
• 2.4 小结38-40
• 3. 添加木聚糖酶及EDTA对纸浆纤维水解的影响40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 材料与方法40-42
• 3.2.1 材料与试剂40-41
• 3.2.2 木聚糖酶及EDTA辅助酶解41
• 3.2.3 灰分制备方法及金属离子测定41-42
• 3.3 结果与讨论42-46
• 3.3.1 木聚糖酶辅助废纸浆酶解过程42-43
• 3.3.2 灰分中金属含量43-44
• 3.3.3 EDTA辅助废纸浆酶解过程44-45
• 3.3.4 EDTA和木聚糖酶对二次纤维初始反应速率的影响45-46
• 3.4 小结46-48
• 4. 预处理方法对二次纤维酶解糖化的过程研究48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 材料与方法48-50
• 4.2.1 材料与试剂48
• 4.2.2 二次纤维预处理方法48-49
• 4.2.3 二次纤维预处理前后组分分析变化49
• 4.2.4 纤维素酶解实验49
• 4.2.5 二次纤维预处理前后表征49-50
• 4.3 结果与讨论50-57
• 4.3.1 二次纤维预处理前后组分分析50-51
• 4.3.2 二次纤维预处理前后酶解结果51-53
• 4.3.3 扫描电镜分析53-54
• 4.3.4 红外光谱(FT-IR)分析54-55
• 4.3.5 X-射线衍射(XRD)分析55-56
• 4.3.6 比表面积(BET)测定56-57
• 4.4 小结57-58
• 5. 造纸助剂对二次纤维酶水解的影响58-64
• 5.1 引言58
• 5.2 材料与仪器58-59
• 5.2.1 材料与方法58
• 5.2.2 添加造纸助剂的酶解实验58-59
• 5.2.3 酶解底物性能测定59
• 5.3 结果和讨论59-63
• 5.3.1 添加助剂的废纸浆酶解结果59-61
• 5.3.2 助剂对纤维素酶吸附的影响61-62
• 5.3.3 底物湿部化学性能对纤维素酶水解的影响62-63
• 5.4 小结63-64
• 6. 结论与建议64-68
• 6.1 本论文的主要结论64-65
• 6.2 对下一步工作的建议65-66
• 6.3 本论文的创新点66-68
• 参考文献68-74
• 个人简介74-76
• 导师简介76-78
• 获得成果目录清单78-80
• 致谢80

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