玉米秸稈中的木質(zhì)素分離研究

【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題日益嚴(yán)重，人類逐漸開始認(rèn)識(shí)到人與自然和諧關(guān)系的惡化所帶來的嚴(yán)重后果。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)因其可再生性、可降解性而日益受到重視，自然界儲(chǔ)量豐富的木質(zhì)素成為重要的可再生資源。離子液體作為一種新型的“綠色溶劑”，其對(duì)玉米秸稈中的木質(zhì)素有較好的溶解性能，在生物質(zhì)廢棄物的資源化利用方面具有良好的應(yīng)用前景。 本文以木質(zhì)素溶出率和木質(zhì)素選擇性溶解能力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用離子液體法和生物法分別對(duì)玉米秸稈生物質(zhì)中的木質(zhì)素進(jìn)行溶解和降解，研究其最佳工藝條件，并對(duì)其優(yōu)劣性進(jìn)行了比較分析。 本文提出了一種利用陰離子交換樹脂來獲得高純度離子液體的合成方法。自行設(shè)計(jì)并合成了4種陰離子功能化離子液體，分別為[BMIM][HCOO]、[BMIM][CH_3COO]、[BMIM][CH_3CH_2COO]和[BMIM][N(CN)_2]，并采用~1H-NMR和~(13)C-NMR對(duì)離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和驗(yàn)證。[BMIM][CH_3COO]對(duì)玉米秸稈進(jìn)行的正交試驗(yàn)表明反應(yīng)溫度是影響木質(zhì)素溶出率的最主要因素。通過4種離子液體溶解玉米秸稈的單因素對(duì)比實(shí)驗(yàn)可得，在固液比5%，反應(yīng)時(shí)間24h和反應(yīng)溫度140℃的條件下[BMIM][N(CN)_2]對(duì)木質(zhì)素的溶出率最高，為75.15%；且對(duì)木質(zhì)素的選擇性溶解能力最強(qiáng)，最高的選擇性溶解系數(shù)η可達(dá)1.8073。 粗漆酶能不同程度地降解玉米秸稈中的酸溶木素和酸不溶木素，其對(duì)酸不溶木素的降解專一性較酸溶木素強(qiáng)。在漆酶濃度0.5U·g~(-1)，反應(yīng)溫度45℃，反應(yīng)時(shí)間5h，pH值6.5，固液比1:25的條件下，木質(zhì)素的溶出率最高。不同體積百分比的3種脂肪酸離子液體的加入對(duì)粗漆酶的酶活力有一定的負(fù)面影響，體積比越大，抑制作用越顯著；在10%體積比下，離子液體完全抑制漆酶的活性，漆酶處于失活狀態(tài)；其中，[BMIM][HCOO]對(duì)酶活的抑制作用最為明顯。 比較離子液體法和漆酶法，前者對(duì)木質(zhì)素溶解能力強(qiáng)，木質(zhì)素溶出率高，后者對(duì)木質(zhì)素的選擇性溶解能力強(qiáng)，但木質(zhì)素溶出率低。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 木質(zhì)素 離子液體 選擇性溶解 漆酶 成分分析
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X712
【目錄】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)能源的發(fā)展概況9-10
• 1.2 玉米秸稈類生物質(zhì)概述10-12
• 1.2.1 生物質(zhì)的化學(xué)組成10-11
• 1.2.2 纖維素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11
• 1.2.3 半纖維素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11-12
• 1.3 木質(zhì)素概述12-14
• 1.3.1 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)13-14
• 1.3.2 木質(zhì)素的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景14
• 1.4 玉米秸稈中木質(zhì)素的分離方法14-17
• 1.4.1 物理法15
• 1.4.2 化學(xué)法15-17
• 1.4.3 生物法17
• 1.5 離子液體概述17-20
• 1.5.1 離子液體的定義和性質(zhì)17-18
• 1.5.2 離子液體的結(jié)構(gòu)和種類18
• 1.5.3 離子液體的合成方法18-19
• 1.5.4 離子液體在溶解木質(zhì)素中的應(yīng)用19-20
• 1.6 漆酶概述20-21
• 1.6.1 漆酶的定義和性質(zhì)20-21
• 1.6.2 漆酶在降解木質(zhì)素中的應(yīng)用21
• 1.7 本論文研究思路與內(nèi)容21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法23-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料23-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑23-24
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備24-25
• 2.1.4 主要溶液25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 2.2.1 陰離子交換樹脂的預(yù)處理、轉(zhuǎn)型及再生26
• 2.2.2 脂肪酸離子液體的制備26-27
• 2.2.3 [BMIM][N(CN)_2] 的合成27-28
• 2.2.4 玉米秸稈的預(yù)處理28
• 2.2.5 離子液體溶解玉米秸稈28
• 2.2.6 漆酶處理玉米秸稈28-29
• 2.2.7 玉米秸稈的成分分析29-30
• 2.2.8 離子液體的回收30
• 2.3 分析測(cè)定方法30-35
• 2.3.1 離子液體的 ~1H-NMR 、~(13)C-NMR 表征30
• 2.3.2 混合單糖溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制30-31
• 2.3.3 玉米秸稈各組分含量的測(cè)定31-33
• 2.3.4 玉米秸稈溶出率的測(cè)定33
• 2.3.5 木質(zhì)素和總糖溶出率的測(cè)定33
• 2.3.6 木質(zhì)素選擇性溶解能力的測(cè)定33-34
• 2.3.7 漆酶活力的測(cè)定34
• 2.3.8 離子液體對(duì)漆酶活力的影響34-35
• 第3章 離子液體溶解玉米秸稈中木質(zhì)素工藝研究35-45
• 3.1 離子液體的~1H-NMR 和~(13)C-NMR 圖譜分析35
• 3.2 [BMIM][CH_3COO] 溶解木質(zhì)素條件研究35-38
• 3.2.1 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)35-36
• 3.2.2 溶解前后成分分析結(jié)果36-37
• 3.2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析37-38
• 3.3 離子液體溶解前后玉米秸稈的成分分析38-41
• 3.3.1 溶解前后玉米秸稈的高效液相色譜圖38-39
• 3.3.2 溶解前后成分分析結(jié)果39-41
• 3.4 離子液體溶解木質(zhì)素條件研究41-43
• 3.4.1 陰離子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)溫度對(duì)玉米秸稈溶解的影響41-42
• 3.4.2 陰離子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)溫度對(duì)木質(zhì)素溶解的影響42-43
• 3.4.3 木質(zhì)素最佳溶解條件的選擇43
• 3.5 離子液體對(duì)木質(zhì)素選擇溶解性研究43-44
• 3.5.1 陰離子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)溫度對(duì)木質(zhì)素選擇性溶解系數(shù)的影響43-44
• 3.5.2 對(duì)木質(zhì)素選擇溶解能力最強(qiáng)離子液體的選擇44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 漆酶降解玉米秸稈中木質(zhì)素工藝研究45-54
• 4.1 漆酶降解木質(zhì)素條件研究45-50
• 4.1.1 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)45-46
• 4.1.2 玉米秸稈處理前后溶出率46
• 4.1.3 降解前后玉米秸稈的高效液相色譜圖46-48
• 4.1.4 成分分析結(jié)果48-49
• 4.1.5 正交試驗(yàn)結(jié)果分析49-50
• 4.2 離子液體對(duì)漆酶穩(wěn)定性影響的研究50-52
• 4.2.1 離子液體添加量的選擇50-51
• 4.2.2 離子液體對(duì)漆酶酶活影響的計(jì)算51-52
• 4.2.3 離子液體對(duì)漆酶穩(wěn)定性的影響52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 第5章 結(jié)論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 縮略語詞匯表61-62
• 附錄 A 離子液體的 NMR 核磁共振譜圖62-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果71

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