基于微波酸处理的玉米秸秆超声辅助酶解糖化效果研究

发布时间：2018-05-25 17:35

  本文选题：微波辅助酸处理 + 超声波辅助酶解　； 参考：《沈阳农业大学》2017年硕士论文

【摘要】：辅助预处理技术耦合的技术手段提高生物质糖化效果是近年来的热点领域,研究各辅助预处理方法对玉米秸秆组分和结构特性的影响以及提高糖化效果的机理,提高木质纤维素原料的综合利用效率是生物质能利用的关键问题。本文综合运用超景深显微镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射和热重分析等分析手段,以微波辅助稀酸水解玉米秸秆为基础,并对水解后产物进行超声波辅助酶解,探究辅助预处理对玉米秸秆原料特性及组分溶出规律的影响,优化微波辅助酸水解和超声波辅助酶解工艺参数,在提高玉米秸秆糖化效果方面做了有益探索。为研究微波辅助酸处理对玉米秸秆组分和结构的影响,本文对玉米秸秆进行微波辅助酸处理,结果表明还原糖得率高于酸处理和微波处理,微波和硫酸质量分数对玉米秸秆水解糖化的影响存在交互作用,微波辅助酸处理能有效提高玉米秸秆水解糖化效果。玉米秸秆经过微波辅助酸处理后表面硅质层被破坏,表面粗糙度增加,有大量空穴产生,纤维结构有裂痕,出现明显的网孔结构。纤维素超分子链结构断裂,β-D-糖苷键断裂,大量羟基基团降解,半纤维素降解充分,木聚糖降解生成木糖;纤维素和木质素部分降解,纤维素的抗降解屏障减弱。纤维素相对结晶度增加,复杂晶体结构发生变化,表面硅质层被降解。为得到微波辅助酸处理玉米秸秆工艺,在前期研究基础上,以微波功率、反应时间和酸浓度为自变量,以结晶度和还原糖为响应值设计中心组合设计实验,建立回归分析并进行显著性检验。所得回归模型的极显著且不失拟。在微波功率为540～900W、反应时间为15～20min及酸浓度在1～2%的条件下,对还原糖得率影响的顺序为硫酸浓度反应时间微波功率。利用软件优化回归方程确定最佳处理条件为:微波功率为900W,反应时间20min和酸浓度为2%。本文对经过微波辅助酸处理后的玉米秸秆进行超声波辅助酶解研究,通过单因素实验分别对固液比、酶解时间、加酶量、超声功率和超声时间五个因素进行了效应分析。结果表明五个因素对玉米秸秆酶解效果影响的主次顺序为超声处理时间酶解时间固液比超声波功率加酶量。各因素选取的合理水平分别为固液比1:10～1:20、酶解时间60～72h、加酶量为50U/g、超声波处理功率为300W、超声波处理时间为20～30min。与此同时对超声波辅助酶解工艺条件进行优化,选取对影响还原糖得率的酶解时间(A)、固液比(B)和超声处理时间(C)3个关键因素进行分析,还原糖得率与3个因素之间的函数关系更接近于二次多项式模型。对软件分析得到的模型进行方差分析,拟合模型显著。模型的一次项B显著,A和C极显著;二次项B2和C2极显著,A2显著,交互项BC极显著,其他项均不显著。对所得模型方程的回归系数进行显著性检验,结果表明影响因素均与还原糖得率呈正相关。通过分析得到超声辅助酶解最优条件为:超声处理时间为38.94min,固液比为1:20.57,酶解时间为70.04h,模型预测该条件下还原糖得率为375.4mg/g。经过模型验证试验,试验所测实际值和预测值的相对误差均小于1%。
[Abstract]:Microwave - assisted acid treatment was used to study the effect of microwave - assisted acid treatment on the hydrolysis and saccharification of maize straw . The results showed that the yield of cellulose was higher than that of acid treatment and microwave treatment . The ultrasonic treatment time was 20 锝，

本文编号：1934081