稻草秸秆的SO_3微热爆联合ClO_2/HCl预处理及HCl原位糖化研究

【摘要】：本论文在课题组已有的SO3微热爆协同稀碱预处理的基础上,进一步延伸出了两种预处理效果较好的方法即SO3/ClO2和SO3/HCl联合预处理方法,对影响这两种方法的主要工艺条件进行了优化,同时结合FI-TR、SEM和XPS等分析方法,初步探索了两种联合预处理方法的作用机制。并在此基础上发明了一种新的HCl原位糖化水解方法,对影响其过程的主要因素进行了考察并对HCl处理稻草秸秆的过程进行了追踪,最后考察了安琪酵母利用水洗糖液发酵产乙醇的情况。研究的主要内容包括以下几点。1、在SO3微热爆的基础上,首先考察了S03联合四种氧化剂(NaClO2、NaClO、 H2O2、ClO2)预处理稻草秸秆的效果,发现SO3微热爆联合ClO2溶液氧化处理结合稀碱的效果最佳。同时以预处理后稻草秸秆主要成分的含量及相应表征为指标,对预处理过程中的主要工艺条件进行了优化,得到最优的工艺路线为ClO2溶液质量浓度1.0%,稻草秸秆与ClO2溶液质量比1:20, ClO2溶液pH 3.0,处理温度60℃,处理时间60 min,处理后纤维素含量达到64.4%,木质素残余量为5.3%。2、利用FI-TR、SEM等分析方法对SO3/ClO2联合稀碱预处理稻草秸秆的作用机制进行了初步研究,研究表明预处理过程中,首先SO3进入到秸秆中,结合秸秆中的水份生成硫酸,一方面硫酸与秸秆中的木质素发生酯化反应,另一方面该过程中产生的热量使秸秆的结构进一步被撑破。之后利用ClO2溶液处理时,ClO2溶液能更加充分的进入秸秆内部,并且能迅速的对其中的木质素进行氧化开环,并且在此过程中对硫酸酯基并未有影响,所以木质素在两者的协同作用下能被后续的稀碱充分剥离,同时发现此过程中二者没有与秸秆内部的综纤维素发生反应,从而最大程度上保留了纤维素和半纤维素,预处理效果较好。3、在ClO2溶液的基础上,联想到用HCl处理稻草秸秆,考察并比较了HC1、SO3、SO3/HCl和HCl/SO3四种联合稀碱预处理稻草秸秆的效果,发现先经S03微热爆处理后经HCl处理,再联合稀碱预处理稻草秸秆的效果最好。同时以预处理后稻草秸秆主要成分的含量及相应表征为指标,对预处理过程中的主要工艺条件进行了优化,得到最优的工艺路线为SO3含量1.5%,S03处理温度50℃,S03处理时间60min, HCl含量0.8%,HC1处理温度70℃,HCl处理时间60min,秸秆含水量为6.0%,处理后纤维素含量达到61.3%,木质素残余量为6.3%。4、通过FI-TR、SEM和XPS等分析方法对SO3/HCl联合稀碱预处理稻草秸秆的作用机制进行了初步研究,结果表明,在二者联合处理的过程中,首先S03进入秸秆内部与秸秆中的水份结合生成硫酸,同时产生大量的热能够使秸秆的结构变得松散,再经HCl处理时,HC1能够更加彻底的进入到秸秆的内部,虽然未与秸秆中的成分发生反应,但是能使秸秆内部的半纤维素和木质素之间的连接键断裂,同时由于SO3能够结合秸秆中的水份,所以HCl形成酸水解的情况较差,对纤维素和半纤维素的破坏较少,通过二者的联合作用后,结合稀碱能更好的去除秸秆中的木质素。5、利用HCl原位糖化水解稻草秸秆,首先以水洗糖液中的糖和糠醛含量为依据,对影响原位糖化水解过程中的主要因素进行考察,得到最有利于微生物生长并发酵的糖化水解条件即HC1质量浓度3.0%,湿度100%,温度60℃。同时对HC1原位糖化水解的过程进行跟踪,通过SEM、HPLC对处理后稻草秸秆的横截面形态、水洗液中物质的分子量、糖的类型考察,发现此过程中开始主要以木糖为主,随着时间的延长,其他糖类物质及其浓度不断增加,同时水洗液中物质的分子量不断减小,表明在此过程中秸秆中的纤维素和半纤维素能被逐渐的水解成小分子糖类并且水洗后的糖能用于安琪酵母发酵乙醇,当发酵时间为16d时,乙醇含量能达到37.8g/L。 【关键词】：SO_3微热爆 二氧化氯 HCl 原位糖化水解 乙醇发酵
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122;TQ920.6
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• abstract9-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 稻草秸秆的主要组份18-22
• 1.2.1 纤维素19-20
• 1.2.2 半纤维素20
• 1.2.3 木质素20-22
• 1.3 稻草秸秆预处理的主要方法22-25
• 1.3.1 物理方法22
• 1.3.2 化学方法22-24
• 1.3.3 物理-化学联合预处理24-25
• 1.3.4 生物预处理25
• 1.4 木质纤维素的糖化水解25-26
• 1.4.1 浓酸水解25
• 1.4.2 稀酸水解25-26
• 1.4.3 酶水解26
• 1.5 本课题的研究目的和主要研究内容26-27
• 1.6 创新点及意义27-28
• 第二章 SO_3微热爆联合ClO_2溶液氧化预处理稻草秸秆及其机理的初步探究28-52
• 2.1 引言28
• 2.2 材料与方法28-29
• 2.2.1 实验材料28
• 2.2.2 主要的化学试剂28-29
• 2.2.3 主要的实验仪器29
• 2.3 实验方法29-32
• 2.3.1 秸秆组份含量的测定方法29-32
• 2.3.2 IR分析32
• 2.3.3 SEM分析32
• 2.4 实验内容32-33
• 2.5 结果与讨论33-50
• 2.5.1 半纤维素含量测定标准曲线的绘制33
• 2.5.2 纤维素含量测定标准曲线的绘制33-34
• 2.5.3 氧化剂的筛选34-37
• 2.5.4 SO_3微热爆联合ClO_2预处理工艺条件的优化37-46
• 2.5.5 SO_3联合ClO_2氧化预处理机理的初步探究46-50
• 2.6 本章小结50-52
• 第三章 SO_3微热爆联合HCl预处理稻草秸秆及其机理的初步探究52-74
• 3.1 引言52
• 3.2 材料与方法52-53
• 3.2.1 实验材料52
• 3.2.2 主要的化学试剂52
• 3.2.3 主要的实验仪器52-53
• 3.3 实验方法53
• 3.3.1 秸秆组份含量的测定方法53
• 3.3.2 IR分析53
• 3.3.3 SEM分析53
• 3.3.4 X射线光电子能谱分析53
• 3.4 实验内容53-56
• 3.5 结果与讨论56-73
• 3.5.1 不同预处理方法联合碱洗后的预处理效果对比56-57
• 3.5.2 预处理工艺条件的优化57-67
• 3.5.3 SO_3/HCl联合预处理稻草秸秆机制的初步探究67-73
• 3.6 本章小结73-74
• 第四章 HCl原位糖化水解稻草秸秆及发酵产乙醇的研究74-94
• 4.1 引言74
• 4.2 材料与方法74-75
• 4.2.1 实验材料74
• 4.2.2 主要的实验试剂74
• 4.2.3 培养基74-75
• 4.2.4 主要的实验仪器75
• 4.3 实验方法75-76
• 4.3.1 总糖测定75
• 4.3.2 还原糖测定75-76
• 4.3.3 HPLC检测76
• 4.3.4 SEM观察76
• 4.3.5 乙醇含量测定76
• 4.4 实验内容76-77
• 4.5 结果与讨论77-92
• 4.5.1 总糖含量标准曲线的绘制77-78
• 4.5.2 还原糖含量标准曲线的绘制78-79
• 4.5.3 糠醛含量标准曲线的绘制79
• 4.5.4 HCl原位糖化水解过程中的条件研究79-86
• 4.5.5 原位糖化水解过程中HCl对稻草秸秆的影响86-91
• 4.5.6 水洗糖液发酵产乙醇91-92
• 4.6 本章小结92-94
• 第五章 结论与展望94-96
• 5.1 结论94-95
• 5.2 展望95-96
• 参考文献96-102
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况102

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

稻草秸秆的SO_3微热爆联合ClO_2/HCl预处理及HCl原位糖化研究    徐菲