玉米秸秆超临界流体预处理工艺研究

【摘要】： 玉米秸秆由纤维素、半纤维素、木质素及一些可溶性物质组成,其中纤维素含量约为35%-45%,通过酶解等过程可生产燃料、饲料、食品和药物等生物制品。近年来,随着纤维素燃料乙醇生产技术的发展,使人们对玉米秸秆的利用技术投入了更多的关注。但由于玉米秸秆中纤维素的结晶度、表面可及度以及木质素、半纤维素对纤维素的包裹等因素,影响了玉米秸秆的酶解利用效果。因此,需要对玉米秸秆原料进行必要的预处理。玉米秸秆的传统预处理工艺的研究虽然已取得了一定的进展,但通常能耗较高,要引入多种有机溶剂,增加产品的后精制难度,造成环境污染。 本论文采用scCO2/水/乙醇三元混合体系对玉米秸秆进行反应萃取预处理,在提高玉米秸秆酶解产糖率的同时,减少对环境的不利影响,具有一定的工业化应用前景。 论文以酶解产糖率作为玉米秸秆原料预处理效果的评价指标,对预处理溶剂选择、温度、压力、时间等工艺条件进行实验研究和讨论分析,得到较适宜的预处理条件为:溶剂与原料比40g/g原料,温度180℃,时间1h,压力15MPa,水/乙醇改性剂的体积比2:1。此预处理条件下得到秸秆酶解产糖率为77.8%,比未经预处理的玉米秸秆酶解产糖率提高8.11倍。 论文对采用scCO2/水/乙醇三元混合体系对玉米秸秆进行反应萃取预处理,提高玉米秸秆酶解产糖率的机理进行了探索。通过SEM扫描电镜,FTIR傅立叶红外光谱仪等对秸秆表面形态以及微观结构进行表征,证实了玉米秸秆原料经超临界预处理后,纤维素的可及度提高,纤维素结晶度降低,半纤维素、木质素减少,为玉米秸秆超临界预处理后酶解产糖率的提高提供了理论依据。 本课题提出了以玉米秸秆为原料,采用超临界CO2预处理方法使其酶解产糖率提高的新思路和新方案,对其它木质纤维素原料酶解产糖的预处理过程具有一定的借鉴和启示作用。 【关键词】：玉米秸秆 超临界流体 纤维素 半纤维素 木质素 酶解反应
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ914.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-24
• 1.1 玉米秸秆8-11
• 1.1.1 成分与结构8-10
• 1.1.2 秸秆的利用现状10-11
• 1.2 秸秆的预处理工艺11-16
• 1.2.1 物理法12
• 1.2.2 化学法12-14
• 1.2.3 物理化学法14-15
• 1.2.4 生物法15
• 1.2.5 预处理方法比较15-16
• 1.3 超临界流体技术及应用16-20
• 1.3.1 超临界流体技术16-17
• 1.3.2 木质纤维素预处理过程的超临界技术应用17-20
• 1.4 木质纤维素预处理效果的评价20-22
• 1.4.1 纤维素水解20-22
• 1.4.2 单糖含量检测22
• 1.5 课题研究内容及意义22-24
• 第二章 玉米秸秆预处理实验方法的建立24-35
• 2.1 玉米秸秆预处理实验24-27
• 2.1.1 实验原料、药品及仪器24-25
• 2.1.2 实验操作方法25-27
• 2.2 玉米秸秆酶解方法27-28
• 2.2.1 实验原料、药品及仪器27
• 2.2.2 实验方法27-28
• 2.3 DNS 法检测还原糖含量实验28-31
• 2.3.1 试剂与仪器28-29
• 2.3.2 实验方法29-31
• 2.4 反应机理研究方法31-35
• 2.4.1 SEM 扫描电镜方法表征纤维素可及度31
• 2.4.2 傅里叶红外光谱仪表征纤维素结晶度31-32
• 2.4.3 秸秆成分分析32-35
• 第三章 预处理实验结果与讨论35-49
• 3.1 溶剂的选择35-43
• 3.1.1 CO_2 溶剂的选择35-36
• 3.1.2 CO_2 用量的影响36-37
• 3.1.3 改性剂的选择37-43
• 3.2 预处理温度的选择43-45
• 3.3 预处理压力的选择45-46
• 3.4 预处理时间的选择46-47
• 3.5 适宜工艺条件的确定47
• 3.6 本章小结47-49
• 第四章 超临界预处理玉米秸秆机理探讨49-58
• 4.1 实验原料及方法49
• 4.1.1 实验原料49
• 4.1.2 实验方法49
• 4.2 结果与讨论49-57
• 4.2.1 表面固体形态49-51
• 4.2.2 纤维素可及度变化51-53
• 4.2.3 纤维素结晶度分析53-55
• 4.2.4 成分变化分析55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 结论58-59
• 参考文献59-64
• 发表论文和科研情况说明64-65
• 致谢65

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