采用芬顿/深共晶处理玉米秸秆催化制备5-HMF的试验研究
发布时间：2021-01-18 05:57
5-羟甲基糠醛（5-HMF）是一种应用广泛的精细化工原料,可直接由农作物秸秆中的纤维素催化转化生成。玉米秸秆作为北方地区的一种典型农业废弃物,目前仍处于高污染、低产能的状态,其可高值化利用的独特优势尚未被高效利用。因此,开发高效环保、高附加值的实用技术将玉米秸秆催化制备成5-HMF对实现生物质资源高值化利用具有一定意义。为了减弱木质素的天然屏障作用,通过不同芬顿反应对玉米秸秆进行预处理以促进纤维素的高值化利用。首先,采用低浓度过氧化氢的芬顿试剂对玉米秸秆进行预处理增强其酶解后的还原糖产量。其次,采用Fe2+以直接投入和连续投放两种方式激发芬顿反应预处理玉米秸秆。同时结合傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、热重分析（TG）等表征手段对处理前后的秸秆特征性质进行分析。低过氧化氢浓度试验最优结果为采用0.2 mol·L-1Fe2+、0.2%H2O2组合处理玉米秸秆24 h,经过10 FPU/g纤维素酶处理72 h后秸秆酶解液中还原糖的浓度是未处理秸...
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全世界秸秆利用情况（刘兴博等，2007）
第一章绪论2秆的产量逐年增加，但是由于生活方式和消费观念的影响，过去几十年来，大量的农作物秸秆被焚烧或随意丢弃，造成了严重的环境污染和资源浪费问题，甚至带来了很多安全隐患（靳贞来等，2015）。2015年，我国农作物秸秆的可收集资源量约为9亿吨，综合利用率达到了80%，具体的利用情况如图2所示（梁武等，2017）。2016年我国的农作物秸秆年总产量约10亿吨（石祖梁，2017）。其中，三大主粮作物玉米、水稻和小麦的秸秆量占据总量的83.51%，玉米秸秆的产量占据总秸秆产量的41.92%（石祖梁，2019）。近年来，我国政府日渐重视农作物秸秆的综合利用问题，针对秸秆综合利用提出了肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化的“五化”方法，很大程度上提升了农村的生活环境和经济效益。但是仍然存在区域性、季节性、结构性过剩现象，大面积焚烧和肆意堆砌现象仍然存在（石祖梁，2018）。尽管秸秆的综合利用率在逐步提高，但收集成本高、现有开发利用技术附加值低，制约其综合利用难以产业化。因此，我们急需寻找打破生物质利用瓶颈、简化生物质高值化利用的方法，提高农作物秸秆的价值，对于改善农村环境、促进农民增收、增强人民福祉都具有重大现实意义。图1全世界秸秆利用情况（刘兴博等，2007）Fig.1WorldwideUtilizationofCropStraws（LiuXingboetal.,2007）图22015年我国农作物秸秆的使用情况（梁武等，2017）Fig.2ChinaUtilizationofCropStrawsin2015（LiangWuetal.,2017）
沈阳农业大学硕士学位论文31.1.2木质纤维素主要组分的含量和结构特性木质纤维素是由多种大分子有机物组合成的复杂化合物，主要的化学成分有纤维素、半纤维素、木质素及少许提取物（李永莲等，2013）。所谓的“提取物”只占少量部分，指能够在水或有机溶剂中溶出的物质，例如脂类、蛋白质和生物碱等。不同的植物中组分含量有所差异，含量顺序一般为纤维素、半纤维素、木质素。结合我国的农作物实际种植情况，表1整合了近几年文献报道中常见农作物秸秆的主要组分含量。表1不同农作物秸秆中的组分含量Tab.1ContentofComponentsinStrawofDifferentCrops名称纤维素含量%半纤维素含量%木质素含量%参考文献马铃薯秸秆31.3024.6019.80葛一鸿（2017）大豆秸秆47.87-22.80向松明（2012）玉米杆38.5028.0015.00肖领平（2014）玉米芯43.2031.8014.60肖领平（2014）毛竹36.1527.5822.74严伟（2018）小麦秸秆52.1726.6221.20李明环（2015）水稻秸秆34.2425.5616.40潘春雨（2017）为了抵抗来自动物和微生物等外界的攻击，经过长期的自然进化后木质纤维素的结构变得十分复杂（Himmel等，2007）。最外层的木质素具有一定的疏水作用，是阻止微生物接近木质纤维素中的碳水化合物的物理屏障，木质素与半纤维素以共价键相连，填补了细胞壁内的纤维素和半纤维素间的空隙（Hu等，2012）。图3分别为(a)田地里收获的玉米秸秆、(b)文献中模拟的木质纤维素复杂包裹结构和(c)电子显微镜下玉米茎横截面的微观结构。图3生物质细胞壁的结构和化学复杂性（Himmel等，2007；Mosier等，2004）Fig.3StructureandChemicalComplexityofCell-wallBiomass(Himmeletal.,2007；Mosieretal.,2004)“木质素”或“原生木质素”一词最初是指植物细胞壁中与纤维素和半纤维素一起出现
本文编号：2984410
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全世界秸秆利用情况（刘兴博等，2007）
第一章绪论2秆的产量逐年增加，但是由于生活方式和消费观念的影响，过去几十年来，大量的农作物秸秆被焚烧或随意丢弃，造成了严重的环境污染和资源浪费问题，甚至带来了很多安全隐患（靳贞来等，2015）。2015年，我国农作物秸秆的可收集资源量约为9亿吨，综合利用率达到了80%，具体的利用情况如图2所示（梁武等，2017）。2016年我国的农作物秸秆年总产量约10亿吨（石祖梁，2017）。其中，三大主粮作物玉米、水稻和小麦的秸秆量占据总量的83.51%，玉米秸秆的产量占据总秸秆产量的41.92%（石祖梁，2019）。近年来，我国政府日渐重视农作物秸秆的综合利用问题，针对秸秆综合利用提出了肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化的“五化”方法，很大程度上提升了农村的生活环境和经济效益。但是仍然存在区域性、季节性、结构性过剩现象，大面积焚烧和肆意堆砌现象仍然存在（石祖梁，2018）。尽管秸秆的综合利用率在逐步提高，但收集成本高、现有开发利用技术附加值低，制约其综合利用难以产业化。因此，我们急需寻找打破生物质利用瓶颈、简化生物质高值化利用的方法，提高农作物秸秆的价值，对于改善农村环境、促进农民增收、增强人民福祉都具有重大现实意义。图1全世界秸秆利用情况（刘兴博等，2007）Fig.1WorldwideUtilizationofCropStraws（LiuXingboetal.,2007）图22015年我国农作物秸秆的使用情况（梁武等，2017）Fig.2ChinaUtilizationofCropStrawsin2015（LiangWuetal.,2017）
沈阳农业大学硕士学位论文31.1.2木质纤维素主要组分的含量和结构特性木质纤维素是由多种大分子有机物组合成的复杂化合物，主要的化学成分有纤维素、半纤维素、木质素及少许提取物（李永莲等，2013）。所谓的“提取物”只占少量部分，指能够在水或有机溶剂中溶出的物质，例如脂类、蛋白质和生物碱等。不同的植物中组分含量有所差异，含量顺序一般为纤维素、半纤维素、木质素。结合我国的农作物实际种植情况，表1整合了近几年文献报道中常见农作物秸秆的主要组分含量。表1不同农作物秸秆中的组分含量Tab.1ContentofComponentsinStrawofDifferentCrops名称纤维素含量%半纤维素含量%木质素含量%参考文献马铃薯秸秆31.3024.6019.80葛一鸿（2017）大豆秸秆47.87-22.80向松明（2012）玉米杆38.5028.0015.00肖领平（2014）玉米芯43.2031.8014.60肖领平（2014）毛竹36.1527.5822.74严伟（2018）小麦秸秆52.1726.6221.20李明环（2015）水稻秸秆34.2425.5616.40潘春雨（2017）为了抵抗来自动物和微生物等外界的攻击，经过长期的自然进化后木质纤维素的结构变得十分复杂（Himmel等，2007）。最外层的木质素具有一定的疏水作用，是阻止微生物接近木质纤维素中的碳水化合物的物理屏障，木质素与半纤维素以共价键相连，填补了细胞壁内的纤维素和半纤维素间的空隙（Hu等，2012）。图3分别为(a)田地里收获的玉米秸秆、(b)文献中模拟的木质纤维素复杂包裹结构和(c)电子显微镜下玉米茎横截面的微观结构。图3生物质细胞壁的结构和化学复杂性（Himmel等，2007；Mosier等，2004）Fig.3StructureandChemicalComplexityofCell-wallBiomass(Himmeletal.,2007；Mosieretal.,2004)“木质素”或“原生木质素”一词最初是指植物细胞壁中与纤维素和半纤维素一起出现
本文编号：2984410
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