微流注放電玉米秸稈水解制備糖類化合物

【摘要】： 傳統(tǒng)的木質(zhì)纖維素水解制備糖類化合物技術(shù)存在很多問題,其中比較大的問題是嚴重環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕,為此人們一直在這一領(lǐng)域?qū)ふ倚路椒?。等離子體技術(shù)是一項高新技術(shù),將該技術(shù)應(yīng)用于玉米秸稈水解制備單糖類化合物具有很多優(yōu)勢。本文就等離子體水解玉米秸稈制備單糖類化合物的重要科學問題進行了研究。主要內(nèi)容如下： 1.研究了玉米秸稈在微流注放電等離子體條件下水解制備糖類化合物的方法。對玉米秸稈及其主要組分的模型化合物水解產(chǎn)物進行了分析表征,結(jié)果表明,玉米秸稈粉料無需常規(guī)復(fù)雜的預(yù)處理和添加助劑,在無氧化、無燃燒的情況下,可一步水解為糖產(chǎn)物,秸稈中的纖維素和半纖維素是糖產(chǎn)物的貢獻者,木質(zhì)素在實驗條件下,無糖產(chǎn)物產(chǎn)生。研究結(jié)果顯示了常常被用作廢料的秸稈粉在無酸堿、無高溫高壓、無需復(fù)雜預(yù)處理的條件下轉(zhuǎn)化成糖的可能性。 2.確定了適合秸稈在微流注放電等離子體條件下水解反應(yīng)的工藝條件。研究結(jié)果表明：糖產(chǎn)物的生成與水分子有關(guān),但是水蒸汽不能單獨作為放電氣體。隨著電場強度、功率密度、電源頻率、放電時間等增加糖產(chǎn)率增加,放電間隙對糖產(chǎn)率的影響比較復(fù)雜。最佳工藝條件：平均粒徑為0.2mm的秸稈粉,在激勵電壓5.0kV,放電時間120min,放電間隙1.66mm,常壓、100℃飽和水蒸汽流量0.1L/min,氣壓90kPa,N2流量0.5L/min,溫度90℃,電源頻率10.30kHz,糖產(chǎn)率可達51.21%。 3.研究了微流注放電條件下玉米秸稈等離子體水解反應(yīng)區(qū)溫度分布以及秸稈水解反應(yīng)熱效應(yīng)。結(jié)果表明,放電間隙內(nèi)秸稈等離子體反應(yīng)區(qū)域縱向溫度呈高斯分布,在等離子體形成過程中秸稈等離子體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)溫度升高過程與撤銷激勵電壓后秸稈等離子體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)溫度降低過程中,縱向和橫向溫度具有相同的變化趨勢。秸稈水解反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)熱為5.826×103J/g。 4.闡明了微流注放電條件下玉米秸稈水解機理,初步分析了動力學過程。結(jié)果表明,秸稈粉在電場力作用下,懸浮于空間,有利于放電產(chǎn)生的活性粒子與秸稈粉的作用,進而破壞秸稈結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)和氫鍵,使糖苷鍵斷裂,結(jié)合由H2O在等離子體作用下產(chǎn)生的H+、OH形成單糖等產(chǎn)物,此過程是一個由高聚物到低聚物轉(zhuǎn)化過程。 【關(guān)鍵詞】：等離子體 水解 玉米秸稈 糖
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TQ353.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-35
• 1.1 生物質(zhì)開發(fā)利用的資源環(huán)境效益12-16
• 1.1.1 生物質(zhì)資源儲量豐富12-13
• 1.1.2 生物質(zhì)資源開發(fā)利用的意義13-16
• 1.2 生物質(zhì)秸稈資源化利用現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 國內(nèi)外秸稈資源綜合利用現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 秸稈資源利用中存在的問題19-22
• 1.3 秸稈制備糖類化合物22-27
• 1.3.1 秸稈制備糖類化學物技術(shù)22-23
• 1.3.2 秸稈制備糖類化合物技術(shù)的價值23-24
• 1.3.3 秸稈制備糖類化合物技術(shù)研究進展24-27
• 1.4 微流注放電玉米秸稈水解制備糖類化合物27-33
• 1.4.1 非平衡等離子體概述28
• 1.4.2 高氣壓非平衡等離子體產(chǎn)生方法28-29
• 1.4.3 非平衡等離子體化學反應(yīng)機理29-31
• 1.4.4 等離子體化學反應(yīng)的應(yīng)用31-32
• 1.4.5 微流注放電制備糖類化合物研究方案32-33
• 1.5 主要研究內(nèi)容33-35
• 第2章 秸稈的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與水解控制要素分析35-49
• 2.1 引言35
• 2.2 木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)35-44
• 2.2.1 纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)35-39
• 2.2.2 半纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)39-42
• 2.2.3 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)42-44
• 2.3 木質(zhì)纖維素水解控制要素44-45
• 2.3.1 木質(zhì)素的阻礙44
• 2.3.2 纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)44-45
• 2.3.3 分子氫鍵45
• 2.4 破解木質(zhì)纖維素水解控制要素的方法45-47
• 2.5 小結(jié)47-49
• 第3章 微流注放電玉米秸稈水解制糖實驗裝置設(shè)計49-73
• 3.1 引言49
• 3.2 微流注放電產(chǎn)生方法49-58
• 3.2.1 流注的概念49-52
• 3.2.2 多重微流注的產(chǎn)生方法52-58
• 3.3 微流注放電秸稈水解實驗系統(tǒng)設(shè)計58-71
• 3.3.1 設(shè)計原則58-60
• 3.3.2 微流注放電秸稈水解實驗系統(tǒng)與工藝60-67
• 3.3.3 微流注放電反應(yīng)器性能67-69
• 3.3.4 實驗系統(tǒng)操作方法與實驗參量69-71
• 3.4 小結(jié)71-73
• 第4章 微流注放電玉米秸稈水解制糖實驗研究73-98
• 4.1 引言73
• 4.2 實驗原料的選擇73-78
• 4.2.1 原料來源與加工73-74
• 4.2.2 秸稈水分含量測定74
• 4.2.3 秸稈灰分的測定74
• 4.2.4 秸稈化學組成分析74
• 4.2.5 秸稈的元素分析74-75
• 4.2.6 秸稈原料測試結(jié)果75-78
• 4.3 微流注放電玉米秸稈水解反應(yīng)液相產(chǎn)物分析78-83
• 4.3.1 實驗原料78
• 4.3.2 實驗方法及產(chǎn)物收集78
• 4.3.3 產(chǎn)物分析測試色譜條件78-79
• 4.3.4 標準溶液配制79
• 4.3.5 產(chǎn)物的分析與表征79-82
• 4.3.6 液相糖產(chǎn)物產(chǎn)率82-83
• 4.4 微流注放電對玉米秸稈水解的影響83-96
• 4.4.1 N_2/H_2O媒質(zhì)氣體的作用和影響83-89
• 4.4.2 微流注放電的影響89-96
• 4.5 小結(jié)96-98
• 第5章 微流注放電玉米秸稈水解中的熱效應(yīng)98-115
• 5.1 引言98
• 5.2 微流注放電等離子體反應(yīng)區(qū)域溫度場測試98-102
• 5.2.1 測試方法98-99
• 5.2.2 結(jié)果與討論99-102
• 5.3 微流注放電玉米秸稈水解反應(yīng)熱效應(yīng)測試102-114
• 5.3.1 實驗方法102-106
• 5.3.2 主要儀器與設(shè)備106
• 5.3.3 結(jié)果與討論106-114
• 5.4 小結(jié)114-115
• 第6章 微流注放電玉米秸稈水解制糖機理探索115-142
• 6.1 引言115
• 6.2 模型化合物的選取115-116
• 6.3 模型化合物微流注放電水解實驗116-120
• 6.3.1 實驗原料117
• 6.3.2 模型化合物水解反應(yīng)117-120
• 6.4 模型化合物微流注放電水解制糖的可能途徑120-129
• 6.4.1 水解反應(yīng)機理120-121
• 6.4.2 水解基元步驟121-123
• 6.4.3 活化能估算123-127
• 6.4.4 秸稈水解基元步驟組合選擇127-129
• 6.5 微流注放電秸稈水解機理分析129-140
• 6.5.1 水解反應(yīng)初始階段129-136
• 6.5.2 水解反應(yīng)的主要階段136-139
• 6.5.3 微流注放電玉米秸稈水解反應(yīng)機理139-140
• 6.6 木質(zhì)纖維素水解方法比較140-141
• 6.7 小結(jié)141-142
• 第7章 結(jié)論與展望142-144
• 參考文獻144-152
• 附錄Ⅰ:粗灰分測定152-153
• 附錄Ⅱ:中性洗滌纖維(NDF)測定153-155
• 附錄Ⅲ:酸性洗滌纖維(ADF)測定155-156
• 附錄Ⅳ:酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)測定156-158
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文與科研情況158-161
• 致謝161

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