SPORL法預(yù)處理提高玉米秸稈糖化效率的研究

【摘要】：木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇是當(dāng)前生物質(zhì)能源的重點(diǎn)研究方向,預(yù)處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維原料轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的關(guān)鍵,影響著酶水解效率和生產(chǎn)成本。目前許多預(yù)處理方法被研究開發(fā),但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在效率低、成本和能耗高等問(wèn)題。因此,研發(fā)高效、低成本的木質(zhì)纖維素預(yù)處理方法對(duì)燃料乙醇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化具有重大意義。本論文以玉米秸稈為原料,通過(guò)對(duì)葡萄糖得率、酶水解轉(zhuǎn)化率、戊聚糖溶出率、戊聚糖保留率和木素溶出率的分析,考察了SPORL法預(yù)處理的影響因素、不同保溫溫度下的SPORL預(yù)處理反應(yīng)歷程、蒸汽爆破聯(lián)合SPORL法預(yù)處理效果以及表面活性劑對(duì)酶水解的影響。首先,進(jìn)行了SPORL法預(yù)處理的影響因素的研究。在所考察的范圍內(nèi),亞硫酸氫鈉用量為4.5%、硫酸用量1.84%、溫度165℃和保溫時(shí)間1h時(shí),預(yù)處理效果較好。不同的預(yù)處理設(shè)備對(duì)預(yù)處理效果也有一定影響,4.5%NaHSO3+1.84%H2SO4預(yù)浸漬后進(jìn)行蒸汽爆破處理,酶水解轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到94.14%。磨漿與疏解處理后的酶水解轉(zhuǎn)化率比未機(jī)械處理的高近20%。其次,研究了最高溫度分別為180℃時(shí)和165℃時(shí)的SPORL法預(yù)處理的反應(yīng)歷程。在最高溫度為180℃時(shí),隨著溫度的升高,木素溶出率呈現(xiàn)上升趨勢(shì),到180℃后繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間變化趨于平緩；戊聚糖保留率一直呈下降趨勢(shì)；戊聚糖溶出率開始隨著溫度的升高而升高,但超過(guò)160℃后,隨著溫度的繼續(xù)升高和時(shí)間的延長(zhǎng),開始下降；酶解轉(zhuǎn)化率和葡萄糖得率都是隨著溫度的升高而升高,到180℃后繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間變化不大。在最高溫度為165℃時(shí),隨著溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng),木素溶出率呈現(xiàn)上升趨勢(shì),戊聚糖保留率呈下降趨勢(shì)；在165℃下保溫30min時(shí)戊聚糖溶出率最高,酶解轉(zhuǎn)化率達(dá)到93.68%。再次,研究了蒸汽爆破聯(lián)合SPORL法預(yù)處理效果,重點(diǎn)討論了飽和蒸汽壓力、維壓時(shí)間和預(yù)浸漬條件對(duì)預(yù)處理效果的影響；并得到最佳亞硫酸鹽-蒸汽爆破工藝條件是：預(yù)浸漬化學(xué)品組成4.5%NaHSO3+1.84%H2SO4,爆破時(shí)的飽和蒸汽壓力為1.92MPa、時(shí)間為5min,預(yù)處理效果最好。此條件下預(yù)處理后底物酶解轉(zhuǎn)化率高達(dá)95.81%。最后,研究了不同HLB值的OP系列表面活性劑對(duì)SPORL法預(yù)處理玉米秸稈的酶水解效果的影響。在纖維素酶用量為7 FPU/g底物時(shí),所研究的表面活性劑對(duì)酶水解轉(zhuǎn)化率的提高有促進(jìn)作用,其中以O(shè)P-7最為顯著,當(dāng)其添加量為1.5%時(shí),酶水解轉(zhuǎn)化率達(dá)到了95.43%,比不添加表面活性劑的酶水解轉(zhuǎn)化率高21.16%。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 SPORL法 預(yù)處理 反應(yīng)歷程 蒸汽爆破 酶水解 表面活性劑
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ914.3;TQ223.122
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-24
• 1.1 生物能源與纖維素乙醇9-11
• 1.1.1 能源危機(jī)與生物質(zhì)能9-10
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外纖維素乙醇的發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.1.3 木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的工藝及關(guān)鍵問(wèn)題11
• 1.2 木質(zhì)纖維素11-14
• 1.2.1 纖維素12-13
• 1.2.2 半纖維素13-14
• 1.2.3 木質(zhì)素14
• 1.2.4 其他14
• 1.3 木質(zhì)纖維素的預(yù)處理技術(shù)14-18
• 1.3.1 木質(zhì)纖維素預(yù)處理的必要性14-15
• 1.3.2 預(yù)處理方法的分類及特點(diǎn)15-18
• 1.4 木質(zhì)纖維素的酶水解18-20
• 1.4.1 纖維素酶的組分18
• 1.4.2 木質(zhì)纖維素酶水解機(jī)理18-19
• 1.4.3 影響纖維素酶水解的因素19-20
• 1.5 發(fā)酵過(guò)程20-22
• 1.6 本論文研究的目的和內(nèi)容22-24
• 1.6.1 研究目的23
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容23-24
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法24-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法25-34
• 2.3.1 玉米秸稈原料分析25-26
• 2.3.2 預(yù)處理方法26
• 2.3.3 液相成分分析26-29
• 2.3.4 底物酶水解29-32
• 2.3.5 底物成分分析32
• 2.3.6 計(jì)算公式32-34
• 3 結(jié)果與討論34-60
• 3.1 SPORL法預(yù)處理玉米秸稈的效果的研究34-43
• 3.1.1 化學(xué)藥品用量對(duì)預(yù)處理效果的影響34-38
• 3.1.2 溫度及時(shí)間對(duì)預(yù)處理效果的影響38-39
• 3.1.3 不同預(yù)處理設(shè)備的預(yù)處理效果比較39-41
• 3.1.4 化學(xué)預(yù)處理后不同機(jī)械處理的效果比較41-42
• 3.1.5 小結(jié)42-43
• 3.2 SPORL法預(yù)處理玉米秸稈的反應(yīng)歷程研究43-47
• 3.2.1 反應(yīng)歷程中溫度的變化趨勢(shì)43
• 3.2.2 反應(yīng)歷程中得率的變化趨勢(shì)43-44
• 3.2.3 反應(yīng)歷程中木素的變化趨勢(shì)44-45
• 3.2.4 反應(yīng)歷程中半纖維素的變化趨勢(shì)45-46
• 3.2.5 反應(yīng)歷程中酶解轉(zhuǎn)化率和葡萄糖得率的變化趨勢(shì)46-47
• 3.2.6 小結(jié)47
• 3.3 SPORL法聯(lián)合蒸汽爆破法預(yù)處理效果的研究47-55
• 3.3.1 爆破壓力對(duì)預(yù)處理效果的影響48-50
• 3.3.2 爆破時(shí)間對(duì)預(yù)處理效果的影響50-53
• 3.3.3 預(yù)浸漬對(duì)預(yù)處理效果的影響53-55
• 3.3.4 小結(jié)55
• 3.4 SPORL法預(yù)處理玉米秸稈酶水解效果的研究55-60
• 3.4.1 纖維素酶用量對(duì)底物酶水解的影響55-56
• 3.4.2 不同表面活性劑對(duì)酶水解效果的影響比較56-58
• 3.4.3 酶水解過(guò)程底物纖維形態(tài)變化觀察58-59
• 3.4.4 小結(jié)59-60
• 4 全文總結(jié)60-62
• 4.1 本論文的主要結(jié)論60-61
• 4.2 本論文的創(chuàng)新之處61-62
• 5 展望62-63
• 6 參考文獻(xiàn)63-69
• 7 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況69-70
• 8 致謝70

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