玉米秸稈半纖維素汽爆分離以及制備糖醛的研究

【摘要】： 我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量超過6億噸,其中玉米秸稈占很大部分,但利用率較低,僅有少部分用作飼料或作為造紙和生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料,大量秸稈被用于薪柴或腐爛廢棄,既浪費(fèi)了資源,又污染了大氣。玉米秸稈結(jié)構(gòu)復(fù)雜,纖維素、半纖維素不但被木質(zhì)素包裹,而且半纖維素部分共價和木質(zhì)素結(jié)合,纖維素具有高度有序晶體結(jié)構(gòu),使得玉米秸稈難以利用。必須經(jīng)過預(yù)處理,使得纖維素、半纖維素、木質(zhì)素分離開,切斷它們的氫鍵破壞晶體結(jié)構(gòu),降低聚合度。玉米秸稈中的半纖維素雖然相對于糠醛生產(chǎn)的傳統(tǒng)原料玉米芯等含量較低,但是具有價格低廉,來源廣泛等不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著玉米芯等傳統(tǒng)原料的價格不斷上漲,怎樣環(huán)保有效的分離且利用玉米秸稈中的半纖維素成了一個需要解決的問題。 針對目前糠醛生產(chǎn)中玉米芯原料有限,用酸量大及糠醛渣難以綜合利用等問題,本文以玉米秸稈為原料,探索了汽爆水提液制備糠醛新工藝。首先,使用蒸汽爆破技術(shù)預(yù)處理玉米秸稈,使得其中大部分的半纖維素降解分離。汽爆完畢水提處理,以提取出汽爆過程中玉米秸稈中的半纖維素降解成的木糖,再利用水提液中的木糖在高溫高壓條件下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為糠醛,從汽爆條件的優(yōu)化、水提條件優(yōu)化、制備糠醛條件的優(yōu)化以及反應(yīng)中焦化的現(xiàn)象等方面進(jìn)行了研究,為開發(fā)一種新的糠醛生產(chǎn)工藝奠定了基礎(chǔ)。 首先對汽爆條件和水提條件進(jìn)行了考察。在汽爆壓力1.4MPa下,維壓時間4min,汽爆效果較好。這個條件下汽爆物料組織結(jié)構(gòu)松散,且水提液中木糖的溶出率最高可達(dá)3.25%。玉米秸稈中的幾種組份有較大變化,其中半纖維素有大幅下降,從最初的23.7%最多下降至5.55%。對水提條件也進(jìn)行了考察,80℃熱水水提,1:6的固液比下水提效果較好,水提時間對水提液中木糖濃度影響不大。考慮到下一步的利用,我們采用80℃熱水水提,1:4的固液比下處理15分鐘,水提液呈酸性,且含有大量糖分和酸類。 考察了反應(yīng)溫度、鹽酸濃度和反應(yīng)時間對糠醛收率的影響并對焦化問題進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:汽爆玉米秸稈水提液制糠醛的最優(yōu)條件是反應(yīng)溫度180℃,2%鹽酸添加量,反應(yīng)時間2h;進(jìn)一步通過紅外光譜分析了汽爆玉米秸稈水提液制糠醛過程中焦化現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。本文的優(yōu)勢在于玉米秸稈原料價格低廉,來源廣泛,糠醛收率高(76.6%),便于物料的綜合利用。 【關(guān)鍵詞】：糠醛 蒸汽爆破 玉米秸稈 戊糖 木糖
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TQ353;TQ251.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 生物煉制12-16
• 1.1.1 生物煉制的概念12
• 1.1.2 生物煉制的研究及發(fā)展情況12-15
• 1.1.3 農(nóng)業(yè)廢棄物生物煉制的發(fā)展前景15-16
• 1.2 蒸汽爆破技術(shù)概述16-18
• 1.2.1 蒸汽爆破技術(shù)原理16-17
• 1.2.2 蒸汽爆破技術(shù)在秸稈中的應(yīng)用進(jìn)展和發(fā)展趨勢17-18
• 1.3 糠醛的研究進(jìn)展18-27
• 1.3.1 糠醛的簡介及應(yīng)用18-20
• 1.3.2 制備糠醛的原料20-24
• 1.3.3 糠醛的制備方法24-25
• 1.3.4 糠醛精制工藝的進(jìn)展25-26
• 1.3.5 糠醛渣的利用26-27
• 1.4 本文研究目的以及研究思路27-30
• 第二章 玉米秸稈半纖維素汽爆分離的研究30-40
• 2.1 引言30-31
• 2.2 材料與方法31-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料31-32
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備32-33
• 2.2.3 試驗(yàn)方法33-34
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論34-38
• 2.3.1 木糖、葡萄糖、甲酸、乙酸以及糠醛的標(biāo)準(zhǔn)曲線34-35
• 2.3.2 汽爆壓力對水提液中木糖溶出率的影響35-36
• 2.3.3 汽爆維壓時間對水提液中木糖溶出率的影響36-37
• 2.3.4 汽爆后玉米秸稈組分的測定37
• 2.3.5 不同汽爆預(yù)處理?xiàng)l件下玉米秸稈酶解效果的變化37-38
• 2.4 小結(jié)38-40
• 第三章 水提汽爆分離半纖維素條件的優(yōu)化40-46
• 3.1 引言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料及方法40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備40
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論40-44
• 3.3.1 溫度對水提液中木糖溶出率的影響41
• 3.3.2 不同固液比下水提液中木糖溶出率的變化41-42
• 3.3.3 時間對木糖溶出率的影響42-43
• 3.3.4 汽爆玉米秸稈水提液的濃縮制備43-44
• 3.4 小結(jié)44-46
• 第四章 水提汽爆分離半纖維素制備糠醛條件的優(yōu)化及焦化現(xiàn)象分析46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料、方法、設(shè)備46-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料46-47
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法47-48
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-53
• 4.3.1 反應(yīng)條件對糠醛得率的影響49-51
• 4.3.2 焦化現(xiàn)象的分析51-53
• 4.4 小結(jié)53-56
• 第五章 研究工作總結(jié)與建議56-58
• 5.1 研究工作總結(jié)56
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)和理論貢獻(xiàn)56-57
• 5.3 下一步工作計(jì)劃57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 附錄62-76
• 附錄1 范氏法測定組分62-65
• 附錄2 總糖含量測定65-66
• 附錄3 還原糖的測定-3，5-二硝基水楊酸66-68
• 附錄4 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定68-70
• 附錄5 木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定70-71
• 附錄6 糠醛標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定71-72
• 附錄7 乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定72-73
• 附錄8 甲酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定73-74
• 附錄9 文中圖所對應(yīng)的參數(shù)74-76
• 致謝76-78
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-80
• 作者及導(dǎo)師簡介80-81
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書81-82

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