基于SO_3微熱爆預(yù)處理小麥秸稈的工藝及機(jī)理研究

【摘要】：本論文在課題組已有的SO3微熱爆協(xié)同稀堿處理方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展了SO3微熱爆處理的底物，對(duì)影響SO3微熱爆處理的因素進(jìn)行了考察，通過(guò)對(duì)預(yù)處理前后官能團(tuán)、元素含量、形貌進(jìn)行分析，得出了SO3微熱爆的作用機(jī)理，并對(duì)預(yù)處理后的綜纖維素進(jìn)行了酶解過(guò)程研究。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)： 1．正己烷能夠剝離小麥秸稈表面的蠟質(zhì)，但是會(huì)引起麥秸稈的損失，損失率達(dá)到3.83%，殘留在小麥秸稈內(nèi)部的正己烷可能破壞纖維素酶的活力中心對(duì)后續(xù)的酶解不利。 2．SO3微熱爆的處理時(shí)間對(duì)小麥秸稈的組分、官能團(tuán)、空間結(jié)構(gòu)以及酶解糖化都有顯著影響。從紅外圖可知，隨著SO3微熱爆處理時(shí)間的延長(zhǎng)813cm-1處的C-O-S吸收峰從無(wú)到有，且處理時(shí)間較短時(shí)813cm-1處卻無(wú)吸收峰，說(shuō)明先發(fā)生水合反應(yīng)后發(fā)生硫酸酯化反應(yīng)。 3．通過(guò)對(duì)SO3微熱爆的處理時(shí)間，處理溫度，發(fā)煙硫酸用量以及秸稈含水率進(jìn)行研究，并以SO3協(xié)同稀堿預(yù)處理后的纖維素相對(duì)含量和酶解糖化效果為評(píng)價(jià)依據(jù)，得到了SO3微熱爆處理的最優(yōu)工藝路線：秸稈質(zhì)量：發(fā)煙硫酸體積比1∶5，處理溫度60℃，處理時(shí)間120min，秸稈含水率5%。纖維素相對(duì)含量達(dá)到64.72%，木質(zhì)素含量為6.63%，酶解糖化率為90.21% 4．通過(guò)FI-TR、XPS、SEM對(duì)SO3協(xié)同稀堿預(yù)處理前后小麥秸稈的官能團(tuán)、S含量、形貌進(jìn)行表征，得出了SO3微熱爆預(yù)處理的機(jī)理。首先，通過(guò)氣體擴(kuò)散作用SO3通過(guò)秸稈內(nèi)部的毛細(xì)管與秸稈內(nèi)的水反應(yīng)生成硫酸放出熱量，放出的熱量會(huì)使局部區(qū)域膨脹，當(dāng)放出的熱量達(dá)到11.92kJ/100g秸稈就能打破秸稈的剛性秸稈，有利于增大秸稈的孔隙率和比表面積。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸打斷木質(zhì)素與纖維素和半纖維素之間的氫鍵，并且與木質(zhì)素上的醇羥基發(fā)生硫酯化反應(yīng)，破壞木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，提高了木質(zhì)素的剝離效果，有利于后期的酶解糖化。 5．通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的小麥秸稈綜纖維素酶解過(guò)程研究可知，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，原本呈束帶狀、光滑、平行的綜纖維素結(jié)構(gòu)，逐漸被酶解呈現(xiàn)出絲絨狀，緊接著，纖維素進(jìn)一步被酶解造成纖維素空間結(jié)構(gòu)崩塌，綜纖維素鏈完全扭曲，而且猶如被“掏空”形成了很多環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，最后環(huán)裝結(jié)構(gòu)斷裂，經(jīng)過(guò)XPS對(duì)酶解殘?jiān)姆治霰砻?，酶解?huì)使綜纖維素中C含量增大，O含量降低，說(shuō)明酶解能夠降解纖維素而對(duì)木質(zhì)素的沒(méi)影響。 【關(guān)鍵詞】：SO3微熱爆 小麥秸稈 機(jī)理 預(yù)處理 酶解糖化
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ914.3
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 目錄11-14
• 插圖清單14-16
• 表格清單16-17
• 第一章 緒論17-27
• 1.1 引言17-18
• 1.2 木質(zhì)纖維素的主要結(jié)構(gòu)18-20
• 1.2.1 纖維素18-19
• 1.2.2 半纖維素19
• 1.2.3 木質(zhì)素19-20
• 1.3 木質(zhì)纖維素預(yù)處理的主要方法20-24
• 1.3.1 物理方法20
• 1.3.2 化學(xué)方法20-23
• 1.3.3 物理-化學(xué)聯(lián)合預(yù)處理23-24
• 1.3.4 生物預(yù)處理24
• 1.4 常用預(yù)處理技術(shù)的機(jī)理24-25
• 1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容25-26
• 1.6 目的及意義26-27
• 第二章 有機(jī)溶劑處理小麥秸稈的蠟質(zhì)層27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 材料與方法27-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料27
• 2.2.2 主要的化學(xué)試劑27-28
• 2.2.3 主要的實(shí)驗(yàn)儀器28
• 2.3 分析方法28-33
• 2.3.1 秸稈組分分析方法28-31
• 2.3.2 纖維素酶的制備31-32
• 2.3.3 濾紙酶活測(cè)定方法32
• 2.3.4 還原糖測(cè)定方法32
• 2.3.5 糖化率測(cè)定方法32-33
• 2.3.6 紅外表征33
• 2.3.7 掃描電子顯微鏡觀察33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容33
• 2.5 結(jié)果與討論33-38
• 2.5.1 半纖維素測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制33-34
• 2.5.2 纖維素測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制34-35
• 2.5.3 還原糖測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制35
• 2.5.4 正己烷的不同用量對(duì)預(yù)處理后小麥秸稈的影響35-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 SO_3微熱爆預(yù)處理對(duì)小麥秸稈的影響39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 材料與方法39-41
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料39-40
• 3.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)試劑40
• 3.2.3 主要的實(shí)驗(yàn)儀器40
• 3.2.4 檢測(cè)方法40
• 3.2.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-55
• 3.3.1 SO_3微熱爆處理時(shí)間對(duì)小麥秸稈的影響41-44
• 3.3.2 預(yù)處理溫度對(duì)三氧化硫處理小麥秸稈的影響44-49
• 3.3.3 發(fā)煙硫酸用量對(duì) SO3微熱爆預(yù)處理的影響49-52
• 3.3.4 秸稈的含水率對(duì)三氧化硫預(yù)處理的影響52-55
• 3.4 本章小結(jié)55-57
• 第四章 小麥秸稈綜纖維素酶解過(guò)程研究57-62
• 4.1 引言57
• 4.2 材料與方法57-58
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料57
• 4.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)試劑57
• 4.2.3 主要的實(shí)驗(yàn)儀器57
• 4.2.4 檢測(cè)方法57-58
• 4.2.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容58
• 4.3 結(jié)果與討論58-61
• 4.3.1 小麥秸稈酶解過(guò)程研究58-60
• 4.3.2 小麥秸稈酶解過(guò)程糖化率變化60
• 4.3.3 小麥秸稈酶解過(guò)程糖化率變化60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 SO_3微熱爆預(yù)處理的機(jī)理研究62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 材料與方法62-63
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料62
• 5.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)試劑62
• 5.2.3 主要的實(shí)驗(yàn)儀器62-63
• 5.2.4 檢測(cè)方法63
• 5.2.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容63
• 5.3 結(jié)果與討論63-72
• 5.3.1 熱機(jī)械力作用的驗(yàn)證63-64
• 5.3.2 SO_3與水反應(yīng)的驗(yàn)證64-65
• 5.3.3 與何種組分反應(yīng)的驗(yàn)證65-67
• 5.3.4 SO_3微熱爆反應(yīng)動(dòng)力學(xué)初步研究67-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況81-82

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清苑縣小麥秸稈成了搶手貨    任浩君

兩地合作凈環(huán)境促增收    通訊員 岳海通石楠 記者 劉興華

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小麥秸稈纖維及其復(fù)合材料的制備與性能研究    潘剛偉

小麥秸稈降解發(fā)酵工藝的研究    王雪雅

小麥秸稈往復(fù)式切割試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)    蔣韜

鏈霉菌接種對(duì)小麥秸稈腐解過(guò)程影響的研究    吳艷萍

施用腐熟小麥秸稈對(duì)烤煙根土系統(tǒng)及煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的影響    曾宇

麥稈堆腐基質(zhì)理化特性、酶活性變化及穴盤育苗的應(yīng)用    劉濤

炭化小麥秸稈對(duì)水中離子銨的吸附性能研究    韓雪

小麥秸稈高效降解菌的篩選及應(yīng)用效果研究    劉海靜

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小麥秸稈對(duì)溶液中鉛、鎘離子吸附性能的研究    于芳