基于玉米秸秆全组分利用的自催化水热预处理工艺

【摘要】：燃料乙醇属于生物质能源，作为可再生能源的重要组成部分之一，是迄今为止最为成功的液体替代运输燃料，具有其它可再生能源（如太阳能、风能等）难以替代的作用，对于改善环境、缓解能源危机、保障国家能源安全具有重要战略意义，得到美国、巴西、欧洲及中国等相关企业及研究机构的关注。木质纤维素是地球上具丰富的可再生生物质资源，我国每年仅农作物秸秆就产生7亿多吨，其中玉米秸秆的产能约为6亿吨，玉米秸秆中纤维素、半纤维素及木质素等全组分利用技术的潜在经济效益将为纤维素燃料乙醇产业发展注入巨大的推动力，同时，作为纤维素乙醇生产关键技术之一的预处理技术对后续酶解、发酵及废水处理等生产过程的清洁及经济性具有重要影响。 本论文首先进行了玉米秸秆原料水热预处理实验，研究了预处理液中木糖、葡萄糖、乙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛（HMF）及酚类等组分的生成规律及酶解效果，首次提出了玉米秸秆原料两级水热预处理工艺。通过实验确定了适宜工艺条件，一级预处理条件为：温度180℃，时间30min；二级预处理条件：温度200℃，时间20min。该工艺在获得较高木糖及葡萄糖收率的同时，能有效控制副产物糠醛、HMF及酚类等的生成，为后续酶解、发酵及废水生化处理过程提供适宜的底物。 本论文在玉米秸秆原料水热预处理实验的基础上，进一步研究了乙酸浓度对预处理效果的影响，提出了基于预处理液回用技术的玉米秸秆自催化水热预处理强化工艺，开展了相关的工艺实验研究，并确定了适宜的工艺条件：在温度为180℃，时间30min条件下，预处理液回用工艺乙酸的控制条件为0.8%(wt)，折算为连续生产过程中预处理液适宜的回用比例为75%，酶解验证实验中葡萄糖的收率由80.82%提高到85.44%。同时也研究了表面活性剂Tween80对酶解效果的强化作用，酶解验证实验中葡萄糖的收率由80.82%提高到84.64%。 最后，本论文在以上研究工作及本科研团队先前研究成果的基础上，提出了以自催化两级水热预处理、同步酶解发酵、精馏脱水、分子筛吸附及废醪液生化处理等技术为特征的玉米秸秆全组分利用的纤维素乙醇生产技术，在降低预处理成本，实现原料资源最大化利用等方面进行了有益的尝试。 【关键词】：玉米秸秆 纤维素 半纤维素 木质素 自催化水热预处理
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ223.122;TQ353.6
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-23
• 1.1 前言8-10
• 1.2 玉米秸秆10-12
• 1.3 预处理技术12-18
• 1.3.1 物理预处理13-14
• 1.3.2 化学预处理14-15
• 1.3.3 物理-化学预处理15-18
• 1.4 纤维素乙醇生产技术18-21
• 1.4.1 Chempolis的Formicobio技术19
• 1.4.2 Chemtex的PROESA技术19-20
• 1.4.3 我国纤维素乙醇技术20-21
• 1.5 研究内容及意义21-23
• 第二章 实验方法和分析方法23-30
• 2.1 实验原料及设备23-24
• 2.2 玉米秸秆水热预处理实验24-25
• 2.3 酶解实验25-26
• 2.4 分析方法26-30
• 2.4.1 玉米秸秆主要成分测定26-28
• 2.4.2 降解副产物含量测定28
• 2.4.3 预处理液中总酚含量测定28-29
• 2.4.4 玉米秸秆形貌分析29
• 2.4.5 玉米秸秆结晶度分析29-30
• 第三章 玉米秸秆水热预处理实验30-47
• 3.1 水热预处理工艺实验30-41
• 3.1.1 木糖收率30-31
• 3.1.2 葡萄糖收率31-32
• 3.1.3 乙酸含量32-33
• 3.1.4 糠醛和HMF含量33-35
• 3.1.5 总酚含量35-36
• 3.1.6 预处理效果分析讨论36-41
• 3.2 两级水热预处理工艺41-46
• 3.2.1 温度影响41-42
• 3.2.2 时间影响42
• 3.2.3 XRD结果讨论42-43
• 3.2.4 SEM结果讨论43-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 自催化水热预处理工艺强化47-57
• 4.1 乙酸浓度影响47-51
• 4.1.1 木糖和葡萄糖收率47-48
• 4.1.2 糠醛和HMF含量48-49
• 4.1.3 总酚含量49-50
• 4.1.4 酶解实验50-51
• 4.2 预处理液回用工艺51-52
• 4.3 表面活性剂的影响52-53
• 4.4 纤维素乙醇生产工艺53-56
• 4.4.1 工艺流程53-55
• 4.4.2 分析讨论55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 结论57-59
• 参考文献59-65
• 发表论文和参加科研情况说明65-66
• 致谢66-67
• 附录67-72

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