離子液體預(yù)處理玉米秸稈及纖維素酶水解研究

【摘要】： 玉米秸稈是一種來源廣泛、廉價的可再生資源。在我國大多數(shù)地區(qū)一般做焚燒處理,造成資源的極大浪費(fèi)。玉米秸稈中含有大約20%的木聚糖半纖維素和40%的纖維素,因此研究對玉米秸稈纖維素預(yù)處理技術(shù)產(chǎn)生還原糖,進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇,對開發(fā)新能源和保護(hù)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實意義。 三種離子液體通過一步季銨化反應(yīng)合成出來,這種烷基化反應(yīng)的優(yōu)點是:鹵代烴價格便宜;取代反應(yīng)可以在完全反應(yīng)后很容易被除去;而且形成的鹵代鹽其陰離子很容易被其它陰離子取代,生成新型離子液體。合成出的離子液體有:1-烯丙基-3-甲基咪唑氯([AMIM]CI)、1-芐基-3-甲基咪唑氯([BZMIM]CI)和1-乙基-3甲基咪唑磷酸二乙脂([C2MIM][(Et0)2PO2]),并由核磁共振進(jìn)行檢測。使用顯微鏡觀察濾紙纖維素在以上三種離子液體中溶解情況,發(fā)現(xiàn)[AMIM]CI在對纖維素溶解溫度、時間等方面性能最優(yōu)。 由于木質(zhì)纖維素原料成分復(fù)雜,本身具有很高的結(jié)晶度和聚合度,影響了纖維素酶有效地將纖維素水解成可利用的還原糖。離子液體作為不揮發(fā)綠色有機(jī)溶劑,具有溶解纖維素和其它有機(jī)化合物的良好性能。由于離子液體的蒸汽壓極低,相對于其它有機(jī)溶劑來說,其無毒、不揮發(fā)性相對環(huán)境友好。本課題用[AMIM]CI預(yù)處理玉米秸稈,玉米秸稈能夠快速溶解在[AMIM]CI中,對玉米秸稈在[AMIM]CI中溶解前后的紅外光譜分析發(fā)現(xiàn),[AMIM]CI能迅速進(jìn)入玉米秸稈中纖維素結(jié)晶區(qū),纖維素不發(fā)生衍生化。 經(jīng)過離子液體[AMIM]CI在85℃下4 h預(yù)處理過的玉米秸稈,通過向其中加入去離子水,纖維素很快從均相的離子液體中析出。通過離子液體預(yù)處理再生玉米秸稈纖維素與稀硫酸預(yù)處理玉米秸稈的酶水解單因子分析比較,在相同條件下,水解所得還原糖產(chǎn)率前者是后者的1.8倍。離子液體[AMIM]CI預(yù)處理再生纖維素適宜的水解條件是:酶濃度20 ~30FPU/g ,底物濃度60 g/L (w/v),溫度45°C, pH 4.8,糖化時間18~24 h。 【關(guān)鍵詞】：纖維素 預(yù)處理 離子液體 酶水解 玉米秸稈
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：S38
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-27
• 1.1 引言9-10
• 1.2 木質(zhì)纖維素資源及其利用10-13
• 1.2.1 木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)和組成10-12
• 1.2.2 農(nóng)作物秸稈資源化利用12-13
• 1.3 纖維素預(yù)處理的研究進(jìn)展13-21
• 1.3.1 纖維素酶的研究進(jìn)展、組成和作用原理13-15
• 1.3.2 木質(zhì)纖維素的預(yù)處理工藝15-19
• 1.3.3 影響纖維素酶水解的主要因素19-21
• 1.4 離子液體的研究狀況21-26
• 1.4.1 離子液體的性質(zhì)和發(fā)展歷史21-22
• 1.4.2 離子液體的種類22
• 1.4.3 離子液體的物理化學(xué)特性22-25
• 1.4.4 離子液體在溶解木質(zhì)纖維素方面的應(yīng)用25-26
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容及可行性26-27
• 第二章 離子液體的制備及溶解纖維素的研究27-42
• 2.1 引言27
• 2.2 試劑來源及規(guī)格27-28
• 2.2.1 試劑來源及規(guī)格27-28
• 2.2.2 實驗儀器28
• 2.3 二烷基咪唑基離子液體的制備及純化方法28-32
• 2.3.1 二烷基咪唑離子液體的制備方法概述28-30
• 2.3.2 二烷基咪唑型離子液體的純化技術(shù)30-32
• 2.4 三種的二烷基咪唑離子液體制備和純化32-35
• 2.4.1 [AMIM]Cl 的合成與純化33-34
• 2.4.2 [BZMIM]CL 的合成與純化34-35
• 2.4.3 [C_2MIM][(EtO)_2PO_2]的合成與純化35
• 2.4.4 小結(jié)35
• 2.5 二烷基咪唑離子液體的~1HNMR 表征35-38
• 2.5.1 [AMIM]Cl 的~1HNMR 表征36-37
• 2.5.2 [BZMIM]Cl 的~1HNMR 表征37-38
• 2.5.3 [C_2mim][(EtO)_2PO_2]的~1HNMR 表征38
• 2.6 三種烷基咪唑離子液體溶解和再生纖維素的比較38-41
• 2.6.1 不同種離子液體溶解纖維素初步分析38-39
• 2.6.2 離子液體溶解纖維素機(jī)理的推測39-40
• 2.6.3 離子液體中溶解纖維素再生和離子液體回收40-41
• 2.7 小結(jié)41-42
• 第三章 離子液體溶解玉米秸稈及其纖維素酶水解42-57
• 3.1 實驗原料及試劑42-43
• 3.1.1 實驗原料42
• 3.1.2 試劑來源及規(guī)格42-43
• 3.2 實驗儀器43
• 3.3 [AMIM]Cl 溶解和再生玉米秸稈43-45
• 3.3.1 玉米秸稈在[AMIM]Cl 中的溶解43-44
• 3.3.2 玉米秸稈的再生和[AMIM]Cl 的回收利用44
• 3.3.3 玉米秸稈纖維素在[AMIM]Cl 中再生前后的FT-IR 表征44-45
• 3.4 DNS 測定酶活力45-47
• 3.4.1 實驗原理45
• 3.4.2 實驗中所用溶液的配制方法45-46
• 3.4.3 實驗步驟46-47
• 3.5 纖維素酶水解的方法47-49
• 3.5.1 不同酶濃度下再生玉米秸稈纖維素酶水解47
• 3.5.2 不同底物濃度下再生玉米秸稈纖維素酶水解47
• 3.5.3 不同溫度下再生玉米秸稈纖維素酶水解47-48
• 3.5.4 不同pH 下再生玉米秸稈纖維素酶水解48
• 3.5.5 不同時間下玉米秸稈纖維素酶水解48-49
• 3.6 再生纖維素的酶水解研究49-54
• 3.6.1 不同酶濃度下對預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響49-50
• 3.6.2 不同底物濃度下對再生玉米秸稈纖維素酶水解的影響50
• 3.6.3 不同溫度下對再生玉米秸稈纖維素酶水解影響50-51
• 3.6.4 不同pH 下對再生玉米秸稈纖維素酶水解的影響51-53
• 3.6.5 不同時間下對再生的玉米秸稈纖維素酶水解的影響53-54
• 3.7 玉米秸稈稀酸預(yù)處理后纖維素酶水解實驗研究[57]54-56
• 3.7.1 酶濃度對稀硫酸預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響54
• 3.7.2 底物濃度對稀硫酸預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響54-55
• 3.7.3 溫度對稀硫酸預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響55
• 3.7.4 pH 對稀硫酸預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響55
• 3.7.5 反應(yīng)時間對稀硫酸預(yù)處理后玉米秸稈纖維素酶水解的影響55-56
• 3.8 小結(jié)56-57
• 第四章 結(jié)論57-59
• 4.1 本文的創(chuàng)新點57
• 4.2 主要結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 發(fā)表論文和科研情況說明63-64
• 附錄64-69
• 致謝69

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秸稈的綜合利用技術(shù)    黃振湘

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微生物纖維素酶在飼料工業(yè)中的生產(chǎn)現(xiàn)狀及應(yīng)用    刁治民;張雄偉;熊亞;吳保鋒;

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不同來源纖維素酶對鵝胰腺和小腸內(nèi)容物消化酶活性的影響    黃燕華;馮定遠(yuǎn);

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纖維質(zhì)原料(楊木粉)水解最優(yōu)條件的研究    康憶隆;

固態(tài)發(fā)酵豆渣菌種的篩選及發(fā)酵條件的研究    李思聰;曹雪蓮;宋勇;盛琴;潘康成;

纖維素酶的應(yīng)用現(xiàn)狀    王菁莎　王頡 劉景彬

纖維素酶可提高秸稈飼料利用率    平遠(yuǎn) 譯

秸稈生產(chǎn)燃料乙醇進(jìn)程加快    龐曉華

飼料原料資源匱乏出路何在    山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 王紀(jì)亭

2009年印染行業(yè)節(jié)能減排優(yōu)秀技術(shù)創(chuàng)新成果推介    

酶制劑在飼料中的作用    中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所 張軍民 韓懷動

微生物制備復(fù)合酶制劑研究進(jìn)展    郭鳳蓮　陳存社

情系中小企業(yè)    本報通訊員 沈中興

播灑綠色 擁抱明天    張曉玲 本報記者 王新

生物過程工程與發(fā)酵工業(yè)(下)    中國科學(xué)院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室 陳洪章 彭小偉

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