亞/超臨界—發(fā)酵組合技術(shù)制備秸稈乙醇

【摘要】：隨著社會(huì)能源需求的不斷增長(zhǎng)與環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,以生物質(zhì)秸稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇有著廣闊的市場(chǎng)前景。超臨界技術(shù)為生物質(zhì)秸稈的資源化利用提供了一條新的途徑。本論文利用亞/超臨界-發(fā)酵組合技術(shù)對(duì)生物質(zhì)秸稈進(jìn)行處理及資源化研究,利用間歇式高壓反應(yīng)釜,以生物質(zhì)秸稈亞/超臨界反應(yīng)所產(chǎn)生的還原糖及發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇為目標(biāo)產(chǎn)物,研究了生物質(zhì)秸稈亞/超臨界處理的影響因素和液化產(chǎn)物的脫毒及發(fā)酵條件。 本文采用亞/超臨界技術(shù)對(duì)生物質(zhì)秸稈進(jìn)行水解,探討了溫度和固液比等因素對(duì)還原糖產(chǎn)率與濃度的影響。結(jié)果表明甘蔗渣在最佳溫度343℃與最佳固液比1:3.7時(shí),還原糖產(chǎn)率達(dá)30.4%,還原糖濃度為141.55g/L;稻草秸在最佳溫度332℃與最佳固液比為1:3.6時(shí),還原糖產(chǎn)率達(dá)20.6%,濃度為119.98g/L;小麥秸在最佳溫度335℃,最佳固液比為1:6.5時(shí),還原糖產(chǎn)率與濃度達(dá)23.75%, 62.17g/L;玉米秸在最佳溫度312℃,最佳固液比1:3時(shí),還原糖產(chǎn)率與濃度達(dá)34.9%,106.65g/L;油菜秸在最佳溫度319℃,最佳固液比為1:5時(shí),還原糖產(chǎn)率與濃度達(dá)34.21%,79.86g/L。 本論文優(yōu)化了超臨界處理后的反應(yīng)液的脫毒方法:將得到的超臨界反應(yīng)液,緩慢加入Ca(OH)_2,至pH=8-9,在60℃下放置,待Ca(OH)_2完全沉淀,抽濾得液體,用磷酸溶液調(diào)pH至5。再加入3%活性炭,50℃下攪拌30min,冷卻后抽濾得液體。 論文對(duì)反應(yīng)液發(fā)酵的脫毒效果、菌種馴化、接種量以及培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)鹽的配比等進(jìn)行了探討。結(jié)果表明,脫毒后的反應(yīng)液更利于發(fā)酵,乙醇產(chǎn)率提高了35.6%;馴化后的釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇濃度由32g/L上升到42.9g/L,可能由于液化產(chǎn)物中酵母發(fā)酵抑制物的脫除尚不完全。最佳接種量為10%,pH值為5,最佳營(yíng)養(yǎng)鹽配比為:0.1g/L MgSO_4·7H_2O,0.15g/L KH_2PO_4,0.4g/L(NH_4)2SO4,并做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得乙醇濃度為52.6g/L。實(shí)驗(yàn)采用20g甘蔗渣在343℃,固液比為1:3.7時(shí),還原糖產(chǎn)率為30.4%,產(chǎn)生還原糖濃度為141.55g/L。經(jīng)計(jì)算,每生產(chǎn)1t乙醇需要2.09t還原糖,即需要6.88t甘蔗渣,則還原糖的利用效率為47.85%,纖維素的產(chǎn)糖率為75.94%,纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇的利用率為36.12%。 【關(guān)鍵詞】：亞/超臨界 發(fā)酵 生物質(zhì)秸稈 脫毒 乙醇
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 生物質(zhì)能概述10
• 1.2 生物質(zhì)秸稈的基本組成和性質(zhì)10-14
• 1.2.1 纖維素11-12
• 1.2.2 半纖維素12-13
• 1.2.3 木質(zhì)素13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)14-20
• 1.3.1 國(guó)外生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)14-18
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)18-20
• 1.4 亞/超臨界水技術(shù)及在生物質(zhì)能液化應(yīng)用20-26
• 1.4.1 亞/超臨界水技術(shù)的概念20-22
• 1.4.2 亞/超臨界水技術(shù)的性質(zhì)22-24
• 1.4.3 亞/超臨界水中生物質(zhì)秸稈的轉(zhuǎn)化24-26
• 1.5 秸稈液化產(chǎn)物的脫毒問(wèn)題與發(fā)酵26-27
• 1.5.1 抑制物的主要成分及作用26
• 1.5.2 脫毒方法26-27
• 1.6 課題來(lái)源及研究思路27-29
• 1.6.1 課題來(lái)源27-28
• 1.6.2 研究思路28
• 1.6.3 研究?jī)?nèi)容28-29
• 1.7 研究技術(shù)路線29-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料和分析方法30-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與藥品30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品30-31
• 2.1.3 反應(yīng)液發(fā)酵的材料31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)儀器31-33
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置31-33
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器33
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法33-41
• 2.3.1 原料成分分析33-36
• 2.3.2 熱值36
• 2.3.3 碘量法還原糖產(chǎn)率的測(cè)定36-37
• 2.3.4 電鏡掃描分析37
• 2.3.5 氣質(zhì)聯(lián)用分析液相產(chǎn)物37-38
• 2.3.6 氣相色譜法測(cè)乙醇38-41
• 第三章 生物質(zhì)水熱產(chǎn)糖的研究41-56
• 3.1 秸稈水熱產(chǎn)糖的條件優(yōu)化41-49
• 3.1.1 反應(yīng)條件對(duì)甘蔗渣還原糖產(chǎn)率的影響41-43
• 3.1.2 反應(yīng)條件對(duì)稻草秸還原糖產(chǎn)率的影響43-45
• 3.1.3 反應(yīng)條件對(duì)小麥秸還原糖產(chǎn)率的影響45-46
• 3.1.4 反應(yīng)條件對(duì)玉米秸還原糖產(chǎn)率的影響46-48
• 3.1.5 反應(yīng)條件對(duì)油菜秸還原糖產(chǎn)率的影響48-49
• 3.2 五種秸稈水熱產(chǎn)糖優(yōu)化條件的比較49-55
• 3.2.1 反應(yīng)溫度對(duì)秸稈轉(zhuǎn)化率的影響49-50
• 3.2.2 五種秸稈還原糖產(chǎn)率影響的比較50-52
• 3.2.3 水熱處理前后秸稈 SEM 圖52-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 液化產(chǎn)物的脫毒與發(fā)酵56-82
• 4.1 液化產(chǎn)物的脫毒56-74
• 4.1.1 生物質(zhì)液化產(chǎn)物的GC-MS 分析56-70
• 4.1.2 過(guò)堿中和的 pH 值70-71
• 4.1.3 活性炭脫色71-72
• 4.1.4 脫毒處理液化產(chǎn)物的 GC-MS 分析72-74
• 4.1.5 結(jié)論74
• 4.2 反應(yīng)液的發(fā)酵74-81
• 4.2.2 脫毒效果對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響74-75
• 4.2.3 菌種的馴化75
• 4.2.4 接種量對(duì)發(fā)酵過(guò)程pH 的影響75-76
• 4.2.5 正交試驗(yàn)76-79
• 4.2.6 秸稈資源化的經(jīng)濟(jì)分析79-81
• 4.3 本章小結(jié)81-82
• 第五章 結(jié)論與展望82-84
• 5.1 結(jié)論82-83
• 5.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文90-91
• 致謝91-93

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