氨水循環(huán)爆破法對(duì)高粱秸稈預(yù)處理效果的研究

【摘要】：利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)纖維素燃料乙醇，是當(dāng)前世界生物能源產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)路線，但天然木質(zhì)纖維原料具有抵抗微生物和酶降解的特性，所以必須開發(fā)有效的預(yù)處理技術(shù)來克服這一障礙，促進(jìn)纖維質(zhì)燃料乙醇經(jīng)濟(jì)高效轉(zhuǎn)化。綜合氨循環(huán)滲透法（ARP）和氨纖維爆破法（AFEX）的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了氨水循環(huán)爆破（RAAE）法，利用氨水替代液氨，在流化狀態(tài)下生物質(zhì)原料與氨水充分接觸、增強(qiáng)傳熱和傳質(zhì)效果，有利于消除局部過熱，減少抑制物的形成；加速木質(zhì)素的溶解和從物料表面的去除。論文系統(tǒng)研究了預(yù)處理溫度、預(yù)處理時(shí)間、含濕量、氨流速和流化時(shí)間對(duì)預(yù)處理后物料組份和酶解率的影響，并通過SEM、XRD和FTIR來探究預(yù)處理過程中的物理和化學(xué)變化。 隨預(yù)處理溫度升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維素和半纖維的回收率降低，但超過91.48%的纖維素和82.58%的半纖維素被保留，木質(zhì)素去除率不斷增加，18.66%-46.23%的木質(zhì)素被去除；隨預(yù)處理溫度升高，葡聚糖和木聚糖酶解率逐漸增加，在85℃時(shí)，均達(dá)到最大分別為87.1%和84.1%，總糖轉(zhuǎn)化率為77.31%；隨預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葡聚糖和木聚糖酶解率不斷增加，但從25到35min過程中，增加趨勢(shì)變緩，總糖轉(zhuǎn)化率僅從72.68%增加到75.17%。因此確定最優(yōu)預(yù)處理溫度和時(shí)間水平分別為85℃和25min。 含濕量對(duì)各組份的影響很小，超過96.36%的纖維素和近90%以上的半纖維素得到很好的保留；當(dāng)含濕量為60%時(shí)葡聚糖酶解率最大為79.89%，隨含濕量增加木聚糖酶解率和總糖得率總體上呈下降趨勢(shì)，綜合考慮葡聚糖酶解率和總糖得率確定含濕量最優(yōu)水平為60%。 隨氨流速增加，木質(zhì)素去除率從23.01%增加到38.86%；葡聚糖酶解率逐漸增加，當(dāng)氨流速超過3L/min時(shí)，葡聚糖酶解率僅從87.68%增加到88.15%，而且此時(shí)木聚糖酶解率和總糖得率均達(dá)到最大值分別為91.03%和75.05%，綜合考慮確定最優(yōu)氨流速為3L/min. 隨流化時(shí)間的延長(zhǎng)，木質(zhì)素去除率不斷增加，最大值為39.86%；纖維素相對(duì)含量從42.69%增加到45.67%；葡聚糖酶解率不斷增加，但是當(dāng)流化時(shí)間超過9min時(shí)，增加趨勢(shì)變緩，此時(shí)總糖得率達(dá)到最大值80.14%，因此確定流化時(shí)間最優(yōu)水平為9min. SEM表明預(yù)處理有效地打斷了高粱秸稈的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使更多的纖維暴露出來，增加了纖維素與酶的接觸面積；XRD分析表明隨預(yù)處理溫度和時(shí)間增加，秸稈的結(jié)晶度指數(shù)增加，主要是由于去除了較多的無定形組織（木質(zhì)素和半纖維素）；FTIR表明預(yù)處理過程中分子結(jié)構(gòu)的改變。 木質(zhì)素的去除率與葡聚糖和木聚糖酶解率呈正線性相關(guān)，當(dāng)添加濃度為0.05g/g底質(zhì)的PEG6000,對(duì)葡聚糖酶解率促進(jìn)作用最大。 【關(guān)鍵詞】：高粱秸稈 預(yù)處理 氨水循環(huán)爆破 酶解
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.1 開發(fā)生物質(zhì)能源的重要性10
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外燃料乙醇的發(fā)展10-11
• 1.2 木質(zhì)纖維原料的構(gòu)成11-12
• 1.3 生物質(zhì)原料預(yù)處理的必要性12-13
• 1.4 預(yù)處理技術(shù)的分類13-18
• 1.4.1 物理預(yù)處理法13-15
• 1.4.2 物理化學(xué)法15-16
• 1.4.3 化學(xué)法16-18
• 1.4.4 生物預(yù)處理18
• 1.5 酶解18-20
• 1.5.1 影響酶解的因素及提高酶解率的方法19-20
• 1.6 本課題的研究意義和內(nèi)容20-22
• 1.6.1 研究意義20-21
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 研究方案及實(shí)驗(yàn)方法22-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料22-26
• 2.1.1 原料22
• 2.1.2 化學(xué)試劑22
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-23
• 2.1.4 氨水循環(huán)爆破預(yù)處理工藝23-24
• 2.1.5 試驗(yàn)影響因素的確定24-25
• 2.1.6 實(shí)驗(yàn)步驟25-26
• 2.2 物料成分分析26-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 2.3 預(yù)處理前后生物質(zhì)成分的測(cè)定27-28
• 2.4 生物質(zhì)酶解28-31
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)材料28
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器28-29
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)方法29
• 2.4.4 高效液相色譜分析29-31
• 2.5 生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)分析31
• 2.6 預(yù)處理效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)31-32
• 第三章 氨水循環(huán)爆破預(yù)處理效果及分析32-58
• 3.1 預(yù)處理溫度對(duì)預(yù)處理效果的影響32-35
• 3.1.1 預(yù)處理溫度對(duì)組分的影響32-34
• 3.1.2 預(yù)處理溫度對(duì)酶解率及糖產(chǎn)量的影響34-35
• 3.2 預(yù)處理時(shí)間對(duì)預(yù)處理效果的影響35-39
• 3.2.1 預(yù)處理時(shí)間對(duì)各組分的影響35-37
• 3.2.2 預(yù)處理時(shí)間對(duì)酶解率的影響37-39
• 3.3 含濕量對(duì)預(yù)處理效果的影響39-42
• 3.3.1 含濕量對(duì)組分的影響39-40
• 3.3.2 料含濕量對(duì)酶解率的影響40-42
• 3.4 循環(huán)流化速度對(duì)預(yù)處理效果的影響42-45
• 3.4.1 氨水循環(huán)流化速度對(duì)組分的影響42-43
• 3.4.2 氨水流速對(duì)酶解率的影響43-45
• 3.5 流化時(shí)間45-48
• 3.5.1 流化時(shí)間對(duì)組分的影響45-46
• 3.5.2 流化時(shí)間對(duì)酶解率的影響46-48
• 3.6 預(yù)處理前后生物質(zhì)表面形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征的變化48-52
• 3.6.1 預(yù)處理前后生物質(zhì)宏觀和微觀形態(tài)變化48-49
• 3.6.2 生物質(zhì)預(yù)處理前后結(jié)晶度的變化49-51
• 3.6.3 紅外光譜分析51-52
• 3.7 木質(zhì)素去除率與葡聚糖和木聚糖之間關(guān)系52-54
• 3.8 表面活性劑對(duì)酶解的促進(jìn)作用分析54-57
• 3.8.1 材料與試劑55
• 3.8.2 實(shí)驗(yàn)方法55
• 3.8.3 表面活性劑的選擇55-56
• 3.8.4 表面活性劑濃度的優(yōu)化56-57
• 3.9 小結(jié)57-58
• 第四章 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-67
• 附錄67-72
• 致謝72

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