农作物秸秆液氨—过氧化氢预处理参数优化及酶解效果研究

【摘要】：农作物秸秆的生物质资源总量非常可观,我国年产秸秆达7亿吨,可作为纤维素乙醇生产的重要原料资源。预处理、酶解和发酵是纤维素乙醇生产中的三大关键技术,本文对预处理和酶解技术展开研究。本文针对氨和过氧化氢对木质纤维素原料的作用特点,提出了液氨预处理(LAT)、过氧化氢预处理(HP)和液氨—过氧化氢(LATH)预处理等三种方法,对稻草、苜蓿草和高粱秸秆等农作物秸秆预处理后的酶解效果进行了比较,对预处理温度、载氨量、过氧化氢用量、载水量、驻留时间、纤维素酶添加量等实验参数进行了优化,提出了最佳预处理条件。实验还对稻草、苜蓿草和高粱秸秆等混合物进行LAT与LATH预处理,并进行酶解结果比较。研究有以下结论： (1)稻草LAT与LATH的优化预处理条件是：LAT预处理温度为90℃、LATH为130℃,载氨量为3.0,预处理驻留时间为10min,含水率(载水量)为2.0。酶解72h葡聚糖酶解转化率分别为90.86%和91.16%；木聚糖的酶解转化率分别为76.30%和73.95%,每1000g稻草(干基)经LAT和LATH预处理后,72h酶解可转化单糖的产量分别为550.83g和537.59g,是未经预处理原料单糖产量189.95g的2.9倍和2.8倍。LATH预处理的木质素移除率高于LAT预处理。 (2)稻草在HP预处理下的优化条件是：120℃、预处理时间为60min、30%H202水溶液与原料质量比为0.75：1,在此条件下预处理后葡聚糖和木聚糖的72h酶解率分别为61.55%和47.82%,每1000g干基稻草原料经144h酶解可生产单糖334.5g,与LAT和LATH法相比,HP预处理后稻草酶解效果次之。 (3)对纤维素酶添加量的优化得出纤维素酶添加量对提高酶解率的效果远低于液氨预处理的效果,在稻草的酶解过程中,纤维素酶添加量15FPU/(g葡聚糖)时,对提升酶解效果的作用不大；LAT预处理能提高酶制剂的利用效率。 (4)苜蓿草和高粱秸秆LAT预处理优化条件是：110℃、载氨量1.0、载水量0.6、驻留时间为5min。其72h葡聚糖的酶解率分别为61.51%、82.51%；木聚糖的酶解率分别为67.32%、91.12%。经144h酶解,每1000g干基苜蓿草和高粱秸秆可生产单糖总量342.53g和559.51g。高粱秸秆的LAT预处理效果优于苜蓿草。 (5)稻草、苜蓿草和高粱秸秆等三种秸秆混合物经LAT预处理,再经72h酶解后,其葡聚糖和木聚糖酶解转化率分别为84.90%、81.02%；混合物预处理后的酶解效果不低于单一原料均值,即多种原料混合酶解不存在相互抑制作用。每1000g干基混合物(按1：1：1混合)经LAT预处理后,144h酶解可获得单糖499.24g,相比单一组分预处理提高了3%左右。 【关键词】：农作物秸秆 稻草 苜蓿草 高粱秸秆 液氨 过氧化氢 预处理 酶解 纤维素乙醇
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的目的与意义10-11
• 1.2 生物质的功能与生物质能定义11-12
• 1.2.1 生物质的定义11
• 1.2.2 生物质的功用11
• 1.2.3 生物质能的定义11-12
• 1.3 生物质酶解的预处理技术国内外研究现状12-14
• 1.3.1 木质纤维素类生物质的组成12-13
• 1.3.2 酶解制约因素及预处理目的13
• 1.3.3 木质纤维素预处理技术13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 2 稻草等木质纤维素材料的组分分析和测定16-21
• 2.1 生物质组分分析和测定方法16-17
• 2.1.1 生物质的粉碎前物理处理16
• 2.1.2 灰分的测定16
• 2.1.3 聚糖与酸不溶性木质素测定16
• 2.1.4 单糖的测定16-17
• 2.2 稻草及其他生物质原料组分分析17-20
• 2.2.1 稻草原材料及预处理后材料的组分分析17-18
• 2.2.2 苜蓿草等纤维素材料的组分分析18-20
• 2.2.3 稻草、苜蓿草及高粱秸秆原材料的组分对比20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 稻草的液氨预处理(LAT)条件优化及酶解效果分析21-33
• 3.1 实验材料21
• 3.2 实验方法21-22
• 3.2.1 原料组分分析21
• 3.2.2 LAT预处理方法21-22
• 3.2.3 酶水解22
• 3.2.4 糖的定量分析22
• 3.2.5 酶解率计算22
• 3.3 液氨预处理(LAT)酶解效果分析22-30
• 3.3.1 预处理温度对酶解效果的影响23-24
• 3.3.2 液氨预处理驻留时间对酶解效果的影响24-26
• 3.3.3 载水量对酶解效果的影响26-27
• 3.3.4 载氨量对酶解效果的影响27-29
• 3.3.5 纤维素酶的添加量对稻草酶解效果的影响29-30
• 3.4 稻草液氨(LAT)预处理条件优化30-31
• 3.5 质量平衡与预处理效果比较31
• 3.6 本章小结31-33
• 4 稻草过氧化氢与液氨联合预处理(LATH)酶解效果比较33-43
• 4.1 实验材料33
• 4.2 实验方法33-34
• 4.2.1 HP预处理法33
• 4.2.2 LATH处理法33-34
• 4.3 过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响34-39
• 4.3.1 高温HP预处理对稻草酶解效果的影响34-35
• 4.3.2 低温HP预处理对稻草酶解效果的影响35-36
• 4.3.3 过氧化氢加入量对LATH预处理酶解效果的影响36-38
• 4.3.4 预处理温度对LATH预处理酶解效果的影响38-39
• 4.4 稻草过氧化氢—液氨预处理条件优化及比较39-40
• 4.5 质量平衡与预处理效果比较40-41
• 4.6 本章小结41-43
• 5 不同农作物秸秆原料预处理及酶解效果对比43-54
• 5.1 实验材料43
• 5.2 实验方法43
• 5.3 不同农作物秸秆原料LAT预处理酶解效果分析与讨论43-47
• 5.3.1 苜蓿草液氨预处理酶解效果分析43-45
• 5.3.2 高粱秸秆液氨预处理酶解效果分析45-46
• 5.3.3 不同农作物秸秆原料LAT预处理酶解效果比较46-47
• 5.4 不同农作物秸秆混合物LAT与LATH预处理酶解效果分析47-52
• 5.4.1 不同农作物秸秆相同质量比例混合物LAT预处理酶解效果分析47-49
• 5.4.2 单一农作物秸秆与多秸秆混合物LAT预处理的酶解效果比较49-50
• 5.4.2.1 单一农作物秸秆与多秸秆混合物原材料酶解效果比较49
• 5.4.2.2 单一农作物秸秆与多秸秆混合物原料LAT预处理酶解效果比较49-50
• 5.4.3 不同农作物秸秆相同质量比例混合物LATH预处理酶解效果分析50-52
• 5.5 质量平衡与预处理效果比较52
• 5.6 本章小结52-54
• 6 结论与展望54-57
• 6.1 本文的主要结论54-55
• 6.2 本文的创新与不足55
• 6.3 展望55-57
• 参考文献57-61

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