螺杆挤出汽爆玉米秸秆的糖化研究

【摘要】： 生物质能的开发利用是缓解能源危机、解决环境问题的有效手段之一,也是提供可持续材料的根本途径。通过对木质纤维素材料的水解,可以将其中的半纤维素和纤维素转化成还原糖,利用水解产生的糖通过微生物的发酵不但可以制取燃料乙醇等液态燃料,还可以生产其他高附加值的化工原料或产品。 木质纤维素原料的水解是各种生物转化的首要步骤,它分为酸水解和酶水解两大方向。本研究以经过新型的连续挤出汽爆处理的玉米秸秆为原料,全面探讨原料稀酸水解和酶水解的糖化表现和影响因素,主要工作如下: 1、在常规加热的方式下,以常规无机酸和酸性纳米二氧化钛作为催化剂,系统研究催化剂浓度、反应温度、时间、固液比及原料处理方法对还原糖得率对原料水解的影响。试验表明,催化剂和原料类型之间具有选择性,盐酸作为催化剂的效果好于硫酸,而酸性纳米二氧化钛作为催化剂也有较好的催化效果。得到的优化条件为:120℃下汽爆6min的原料,在盐酸浓度为3%,温度110℃,水解时间60min,固液比1:20的条件下进行水解,还原糖得率为42.0%;当酸性纳米二氧化钛溶液与水的比例为3:17时,120℃下汽爆8min的原料在相同条件下还原糖得率为41.5%。 2、以盐酸为催化剂,比较常规加热和超声、微波加热方式对原料水解的影响。结果表明常规加热方式的还原糖得率好于超声、微波的加热方式。常规加热与微波加热的原料水解率基本相同,超声加热中原料的水解程度最低。三种加热方式中超声对水解产生的还原糖的降解影响最小,微波加热的影响最大。 3、以纤维素酶为催化剂,研究超声预处理、酸预处理、碱性过氧化氢预处理及各种预处理方法的联合对酶水解的影响。结果表明,经过碱性过氧化氢与酸联合预处理的原料酶水解的效果最好,在纤维素酶活为1.38 FPU/ml,PH4.8,温度50℃,水解时48h后,还原糖得率可达72.0%,但整个过程的总还原糖得率为62.0%。由于碱性过氧化氢预处理中半纤维素的损失,经过酸预处理后酶水解有最高的总还原糖得率为72.0%。 【关键词】：玉米秸秆 挤出汽爆 稀酸水解 酶水解 预处理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 绿色能源13-14
• 1.2 生物质与生物质能14-15
• 1.3 乙醇行业与燃料乙醇15-17
• 1.4 木质纤维素水解17-27
• 1.4.1 木质纤维素浓酸水解17-19
• 1.4.2 木质纤维素稀酸水解19-21
• 1.4.2.1 稀酸水解机理19
• 1.4.2.2 稀酸水解研究19-20
• 1.4.2.3 先进的稀酸水解工艺20-21
• 1.4.3 木质纤维素的酶水解21-27
• 1.4.3.1 酶水解原理22
• 1.4.3.2 原料预处理22-27
• 1.4.3.3 酶水解27
• 1.5 本课题的选题意义与研究内容27-29
• 第二章 催化剂种类对螺杆挤出汽爆玉米秸秆水解的影响29-51
• 2.1 引言29
• 2.2 材料与方法29-33
• 2.2.1 试验材料29-30
• 2.2.1.1 试剂29-30
• 2.2.1.2 主要仪器30
• 2.2.2 试验方法30-33
• 2.2.2.1 原料的主要成分分析30-31
• 2.2.2.2 无机酸作为催化剂对水解的影响的研究31-32
• 2.2.2.3 酸性纳米二氧化钦作为催化剂对水解影响的研究32
• 2.2.2.4 计算方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-49
• 2.3.1 原料基本成分分析33-34
• 2.3.2 无机酸作为催化剂对水解影响的研究34-44
• 2.3.2.1 稀硫酸水解预试验34-38
• 2.3.2.2 稀硫酸水解正交试验38-39
• 2.3.2.3 稀盐酸水解正交试验39-41
• 2.3.2.4 酸水解因素间交互作用的分析41-44
• 2.3.3 酸性纳米二氧化钦作为催化剂对水解影响的研究44-49
• 2.3.3.1 酸性纳米二氧化钦溶液对不同原料水解的影响44-45
• 2.3.3.2 酸性纳米二氧化钦原液与盐酸混合液对不同原料水解的影响二45
• 2.3.3.3 酸性纳米二氧化钦原液与不同浓度盐酸不同比例混合对5~#和6~#原料水解的影响45-47
• 2.3.3.4 酸性二氧化钦溶液与水不同比例混合对6#原料水解的影响47-49
• 2.4 本章小结49-51
• 第三章 加热方式对螺杆挤出汽爆秸秆的稀酸水解的影响51-65
• 3.1 引言51
• 3.2 材料与方法51-53
• 3.2.1 试验材料51-52
• 3.2.1.1 试剂51
• 3.2.1.2 主要仪器51-52
• 3.2.2 试验方法52-53
• 3.2.2.1 超声加热对水解的影响52
• 3.2.2.2 微波加热对水解的影响52-53
• 3.2.2.3 计算方法53
• 3.3 结果与讨论53-62
• 3.3.1 超声加热对水解的影响53-56
• 3.3.1.1 超声工作时间\间歇时间的比例对水解的影响53-54
• 3.3.1.2 超声总工作时间对水解的影响54-55
• 3.3.1.3 不同浓度的硫酸和盐酸对水解的影响55-56
• 3.3.1.4 不同原料对超声水解的影响56
• 3.3.2 微波加热对水解的影响56-62
• 3.3.2.1 不同微波功率敞口加热的极限时间确定56-57
• 3.3.2.2 微波水解方式的确定57-58
• 3.3.2.3 不同浓度的盐酸和硫酸对微波水解的影响58
• 3.3.2.4 微波功率与时间对原料水解的影响58-62
• 3.4 本章小结62-65
• 第四章 螺杆挤出汽爆玉米秸秆的酶水解研究65-79
• 4.1 引言65-66
• 4.2 材料与方法66-70
• 4.2.1 试验材料66-67
• 4.2.1.1 试剂66
• 4.2.1.2 主要仪器66-67
• 4.2.2 试验方法67-70
• 4.2.2.1 超声预处理对酶水解的影响67-68
• 4.2.2.2 化学预处理对酶水解的影响68-69
• 4.2.2.3 计算方法69-70
• 4.3 结果与讨论70-77
• 4.3.1 超声预处理对酶水解的影响70-74
• 4.3.1.1 超声工作时间\间歇时间的比例对原料酶水解的影响70-71
• 4.3.1.2 超声总工作时间对酶水解的影响71
• 4.3.1.3 不同浓度的硫酸和盐酸对超声预处理对酶水解的影响71-74
• 4.3.2 化学预处理对酶水解的影响74-77
• 4.3.2.1 原料的碱性过氧化氢预处理74-75
• 4.3.2.2 原料直接酶水解75
• 4.3.2.3 原料稀酸预处理对酶水解的影响75-76
• 4.3.2.4 碱性过氧化氢预处理对酶水解的影响76
• 4.3.2.5 碱性过氧化氢预处理联合酸处理对酶水解的影响76-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 全文总结79-81
• 参考文献81-85
• 附录85-89
• 致谢89-91
• 研究成果及发表的学术论文91-93
• 作者和导师简介93-95

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