離子液體預(yù)處理玉米秸稈并轉(zhuǎn)化為燃料乙醇一步工藝研究

【摘要】： 木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇是可再生能源轉(zhuǎn)化過程中研究的熱點(diǎn)。本文研究了能溶解纖維素的不同的離子液體對纖維素酶的活性、穩(wěn)定性的影響,在此基礎(chǔ)上,對比研究了玉米秸稈纖維素被所采用的離子液體預(yù)處理和轉(zhuǎn)化為乙醇過程的兩步工藝和一步工藝。 通過研究纖維素酶在離子液體[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]和[BMIM][Bu2PO4]存在時(shí)的活性和穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)離子液體的存在對纖維素酶的活性有抑制作用,抑制作用大小順序?yàn)?[BMIM]Cl [AMIM]Cl[BMIM][Bu2PO4] [EMIM][Et2PO4] [MMIM][Me2PO4];對維持纖維素酶的穩(wěn)定性的能力順序相反為:[MMIM][Me2PO4] [EMIM][Et2PO4] [BMIM][Bu2PO4][AMIM]Cl [BMIM]Cl。 [BMIM]Cl和[AMIM]Cl兩種對纖維素溶解效果最好的含氯離子的離子液體對纖維素酶活的抑制作用明顯比磷酸酯類離子液體要大很多,對維持纖維素酶的穩(wěn)定性也更差,它們不適合做一步工藝研究。對于磷酸酯類離子液體,纖維素酶在含有不同濃度的[BMIM][Bu2PO4]的樣品中培養(yǎng)3 d后剩余酶活與在緩沖液中比較最大為33.7%,相對活性較小,說明其對纖維素酶活的抑制作用較強(qiáng),不適合做一步工藝研究;纖維素酶在含有較高濃度(30%)的[MMIM][Me2PO4]或者[EMIM][Et2PO4]的樣品中3 d后相對剩余酶活均在30%以下,相對活性較小,也不適合做一步工藝研究;纖維素酶在含有10%的[MMIM][Me2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的樣品中的初始酶活分別是在緩沖液中的71.9%和63.2%,而3 d后剩余酶活是各自初始酶活的82.1%和75.3%,表明離子液體在此濃度下對纖維素酶活性影響相對較小,所以適合做纖維素酶水解一步工藝研究。因此在一步工藝初探實(shí)驗(yàn)中,選擇低的磷酸酯類離子液體含量作為研究對象。 通過研究用這3種磷酸酯類離子液體在微波800 W下加熱預(yù)處理玉米秸稈纖維素并用纖維素酶進(jìn)行水解的一步工藝和兩步工藝,發(fā)現(xiàn)在一步工藝中,經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5%預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解4 d后的水解率是未經(jīng)處理的2.42倍,經(jīng)[EMIM][Et2PO4]以固液比2.5%預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解率是未經(jīng)處理的1.95倍,而經(jīng)[BMIM][Bu2PO4]預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解率都比未經(jīng)處理的低,說明[BMIM][Bu2PO4]不適合做一步工藝研究;在兩步工藝中,經(jīng)[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]或[BMIM][Bu2PO4]預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解最高水解率分別是未經(jīng)處理的3.08、2.25和1.18倍;用離子液體以固液比5%預(yù)處理玉米秸稈時(shí),用[MMIM][Me2PO4]預(yù)處理92 s效果最佳,而用[EMIM][Et2PO4]預(yù)處理104 s效果最佳。為了使反應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理,動(dòng)力消耗盡可能低,酶水解量也盡可能的高,玉米秸稈粒徑選擇1 mm較為合理。 存在[MMIM][Me2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的葡萄糖發(fā)酵溶液,對發(fā)酵影響最小的離子液體的含量是[MMIM][Me2PO4]比例為10%,而[EMIM][Et2PO4]則為15%,并且[EMIM][Et2PO4]的比例在15%時(shí),離子液體幾乎對酵母發(fā)酵無影響。經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5%預(yù)處理并酶水解的玉米秸稈纖維素水解液可直接用來發(fā)酵生成乙醇,此時(shí)乙醇產(chǎn)量最高。因此[MMIM][Me2PO4]是適合作離子液體預(yù)處理并轉(zhuǎn)化玉米秸稈纖維素成燃料乙醇一步工藝路線研究的理想離子液體。而當(dāng)離子液體的比例增加時(shí),[EMIM][Et2PO4]在發(fā)酵過程中影響相對更小,因此,[EMIM][Et2PO4]在一步工藝路線中也有研究的潛力。綜合整個(gè)實(shí)驗(yàn)研究,[MMIM][Me2PO4]是最適合作一步工藝路線研究的離子液體。 【關(guān)鍵詞】：纖維素酶 活性 穩(wěn)定性 預(yù)處理 水解 一步工藝 發(fā)酵
【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】：2010
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 前言10-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-29
• 1.1 生物質(zhì)11-14
• 1.1.1 生物質(zhì)能11-12
• 1.1.2 生物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2 生物質(zhì)能源發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.3 國內(nèi)外纖維素燃料乙醇的發(fā)展?fàn)顩r16-18
• 1.4 纖維素的預(yù)處理工藝18-21
• 1.4.1 酸預(yù)處理19-20
• 1.4.2 堿預(yù)處理20
• 1.4.3 蒸汽爆破預(yù)處理20-21
• 1.4.4 離子液體預(yù)處理21
• 1.5 離子液體在生物催化反應(yīng)中的應(yīng)用21-26
• 1.5.1 離子液體組成與特點(diǎn)22
• 1.5.2 離子液體應(yīng)用領(lǐng)域22-23
• 1.5.3 離子液體展望23
• 1.5.4 離子液體在生物催化中的應(yīng)用23-26
• 1.6 纖維素酶水解工藝26-28
• 1.7 本文的選題及研究內(nèi)容28-29
• 第二章 纖維素酶在幾種離子液體中的活性、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)29-51
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備30-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑30-31
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備31
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法31-42
• 2.3.1 離子液體的制備與表征31-37
• 2.3.2 DNS 法測定酶活力原理及步驟37-39
• 2.3.3 纖維素酶在離子液體存在下的活性及穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)39-42
• 2.4 結(jié)果和討論42-49
• 2.4.1 纖維素酶在離子液體存在下的活性42-47
• 2.4.2 纖維素酶在離子液體存在下的穩(wěn)定性47-49
• 2.5 本章小結(jié)49-51
• 第三章 磷酸酯類離子液體溶解及纖維素酶水解玉米秸稈纖維素一步工藝研究51-73
• 3.1 引言51-52
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備52-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑52-53
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備53
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法53-56
• 3.3.1 原料組成成分分析53
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)中所用溶液的配制方法53-54
• 3.3.3 HPLC 分析54
• 3.3.4 離子液體預(yù)處理及酶水解玉米秸稈纖維素兩步工藝實(shí)驗(yàn)54-55
• 3.3.5 離子液體預(yù)處理及酶水解玉米秸稈纖維素一步工藝實(shí)驗(yàn)55-56
• 3.3.6 玉米秸稈纖維素酶水解一步工藝優(yōu)化56
• 3.4 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和討論56-71
• 3.4.1 糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定56-58
• 3.4.2 玉米秸稈的化學(xué)組成成分58
• 3.4.3 經(jīng)不同離子液體預(yù)處理前后的玉米秸稈纖維素酶水解一步和兩步工藝酶水解量的比較58-65
• 3.4.4 經(jīng)不同離子液體預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解一步工藝水解率與未經(jīng)處理的比較65-66
• 3.4.5 經(jīng)不同離子液體預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解二步工藝水解率與未經(jīng)處理的比較66-67
• 3.4.6 離子液體預(yù)處理及酶水解玉米秸稈纖維素一步工藝預(yù)處理優(yōu)化67-71
• 3.5 本章小節(jié)71-73
• 第四章 離子液體的存在對葡萄糖發(fā)酵的影響73-80
• 4.1 引言73
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備73-74
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料73
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備73-74
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法74-79
• 4.3.1 發(fā)酵實(shí)驗(yàn)74-75
• 4.3.2 分析方法75
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論75-79
• 4.4 本章小節(jié)79-80
• 第五章 結(jié)論與展望80-83
• 5.1 本文的創(chuàng)新點(diǎn)80
• 5.2 主要結(jié)論80-82
• 5.3 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-91
• 致謝91

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廣平4.5萬畝秸稈變成飼料“罐頭”    馬永存、寧學(xué)玲、姜艷

玉米秸稈變成金    張相 羅立源 記者　付強(qiáng)

冬季如何堆制玉米秸稈肥    吳凡

開魯縣為玉米秸稈管理“立法”    楊衛(wèi)東

山東張店：玉米秸稈變成寶貴資源    本報(bào)記者 單保江通訊員 張秀貴

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玉米秸稈飼料加工十大技術(shù)    

玉米秸稈保質(zhì)貯存及水熱反應(yīng)處理提高可生化性方法的研究    孫優(yōu)善

砂姜黑土區(qū)小麥玉米一年兩熟秸稈全量還田對夏玉米生育及產(chǎn)量影響研究    沈?qū)W善

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秸稈培肥土壤對大孔隙流中養(yǎng)分淋失的影響    耿玉輝

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利用體外產(chǎn)氣法研究玉米秸稈瘤胃發(fā)酵的影響因素    許琴

玉米秸稈栽培雙孢蘑菇高產(chǎn)技術(shù)及營養(yǎng)利用規(guī)律的研究    馬琴