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砂轮磨预处理小麦秸秆的糖化研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:54:12
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砂轮磨预处理小麦秸秆的糖化研究【摘要】:本实验以不添加任何化学试剂的砂轮磨预处理制取的小麦秸秆为研究对象,研究了稀酸水解效果以及稀碱法对砂轮磨小麦秸秆中各组分含量的影响。之后用酸性

【摘要】:本实验以不添加任何化学试剂的砂轮磨预处理制取的小麦秸秆为研究对象,研究了稀酸水解效果以及稀碱法对砂轮磨小麦秸秆中各组分含量的影响。之后用酸性纤维素酶对经砂轮磨和化学法联合预处理过的小麦秸秆进行了酶法糖化的研究。 稀酸水解实验发现在100-125℃的条件下,对小麦秸秆中的纤维素的水解程度不大,而80%以上的半纤维素可以被分解为单糖。纤维素转化率一般会随着酸浓、反应时间、反应温度的增加而逐渐升高;半纤维素转化率一般先随着酸浓、反应时间、反应温度的增加而升高,然后由于糠醛等单糖分解物的生成而出现一定程度的下降。 随后的正交优化实验表明,稀盐酸水解中各因素对原料糖化率的影响程度依次为:反应温度固液比稀盐酸浓度反应时间。最佳水解条件为:3%HCl,温度120℃,时间60min,固液比为1:15。此条件下的纤维素转化率、半纤维素转化率以及总的糖化率分别为17.22%,96.04%,53.40%。稀硫酸水解中各因素对原料糖化率的影响程度依次为:反应温度稀盐酸浓度反应时间固液比。最佳水解条件为:硫酸浓度为4%,温度为120℃,反应时间为80min,固液比为1:15。此条件下的纤维素转化率、半纤维素转化率以及总的糖化率分别为14.46%,94.25%,51.09%。 稀碱预处理实验表明,稀NaOH溶液能很好的去除草浆中的木质素,同时部分半纤维素也会被去除,但是对纤维素的影响不大。其他条件保持不变时,碱液浓度对半纤维素的影响更加显著,但为了提高小麦秸秆的利用率,应该使用低浓度的NaOH溶液来尽可能的避免半纤维素的去除;而木质素与半纤维素的去除率一般会随着碱液中NaOH的浓度提高而逐渐上升,尤其是木质素;预处理时间对二者的去除率影响不大,大部分的半纤维素和木质素的去除集中在反应的初始阶段(前2h);稀碱预处理在100℃的条件下进行1h,83.33%的木质素以及43.41%的半纤维素即可被去除。 最后的酶水解结果表明,纤维素外层的木质素是阻碍纤维素酶发挥作用的主要因素,经过砂轮磨预处理和稀碱预处理的联合作用,去除小麦秸秆中的大部分木质素后,极大地增强了秸秆的酶水解性。稀碱预处理后的小麦秸秆的纤维素以及半纤维素酶水解的还原糖得率与秸秆中木质素的含量成反比。在最佳条件下,通过酸性纤维素酶水解获得的最高还原糖得率和戊糖得率分别为98.47%,98.15%,最高还原糖浓度为53.5g/l。最佳酶水解条件为:小麦秸秆碱预处理温度为100℃,酶水解温度为50℃,pH为4.8,酶用量为10FPIU/g底物,固液比为1:20。 【关键词】:生物乙醇 酶法水解 砂轮磨预处理 碱法预处理 稀酸预水解 纤维素酶
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ353.42
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-12
  • 第一章 绪论12-22
  • 1.1 引言12-13
  • 1.2 木质纤维素的酸水解13-14
  • 1.2.1 浓酸水解13-14
  • 1.2.2 稀酸水解14
  • 1.3 木质纤维素的酶水解14-18
  • 1.3.1 纤维素酶的作用机理14-15
  • 1.3.2 木质纤维素的预处理方法15-17
  • 1.3.2.1 稀酸预处理15-16
  • 1.3.2.2 碱预处理16
  • 1.3.2.3 蒸汽爆破预处理16-17
  • 1.3.2.4 氧化预处理17
  • 1.3.3 木质纤维素的酶水解17-18
  • 1.4 纤维素乙醇行业的发展概况18-20
  • 1.4.1 国外纤维素乙醇工业化生产概况18-19
  • 1.4.2 国内纤维素乙醇工业化生产概况19-20
  • 1.5 本课题的选题目的与意义20
  • 1.6 本课题研究内容20-22
  • 第二章 砂轮磨小麦秸秆的稀酸水解糖化22-36
  • 2.1 引言22
  • 2.2 仪器与试剂22
  • 2.3 实验材料22-23
  • 2.4 实验方法23-24
  • 2.4.1 砂轮磨预处理小麦秸秆的稀盐酸水解23
  • 2.4.2 砂轮磨预处理小麦秸秆的稀硫酸水解23-24
  • 2.5 结果与讨论24-34
  • 2.5.1 盐酸浓度对砂轮磨预处理小麦秸秆水解的影响24-25
  • 2.5.2 时间对砂轮磨预处理小麦秸秆稀盐酸水解的影响25-26
  • 2.5.3 温度对砂轮磨预处理小麦秸秆稀盐酸水解的影响26-27
  • 2.5.4 固液比对砂轮磨预处理小麦秸秆稀盐酸水解的影响27-28
  • 2.5.5 砂轮磨预处理小麦秸秆的稀盐酸水解正交实验分析28-29
  • 2.5.6 硫酸浓度对砂轮磨预处理小麦秸秆水解的影响29-30
  • 2.5.7 时间对砂轮磨预处理小麦秸秆稀硫酸水解的影响30-31
  • 2.5.8 温度对砂轮磨预处理小麦秸秆稀硫酸水解的影响31-32
  • 2.5.9 固液比对砂轮磨预处理小麦秸秆稀硫酸水解的影响32-33
  • 2.5.10 砂轮磨预处理小麦秸秆的稀硫酸水解正交实验分析33-34
  • 2.6 小结34-36
  • 第三章 砂轮磨小麦秸秆的稀碱预处理36-48
  • 3.1 引言36-37
  • 3.2 仪器与试剂37
  • 3.3 实验材料37
  • 3.4 实验方法37-38
  • 3.4.1 砂轮磨预处理小麦秸秆的成分含量分析37
  • 3.4.2 砂轮磨预处理小麦秸秆的稀碱预处理37-38
  • 3.5 结果与讨论38-45
  • 3.5.1 稀碱预处理的NaOH浓度对砂轮磨小麦秸秆的影响38-40
  • 3.5.2 稀碱预处理时间对砂轮磨小麦秸秆的影响40-41
  • 3.5.3 稀碱预处理温度对砂轮磨预处理小麦秸秆的影响41-43
  • 3.5.4 砂轮磨小麦秸秆经稀碱预处理后表面结构的变化43-45
  • 3.6 小结45-48
  • 第四章 砂轮磨小麦秸秆的酶水解48-58
  • 4.1 引言48
  • 4.2 仪器与试剂48
  • 4.3 实验方法48-50
  • 4.3.1 酸性纤维素酶活的测定方法48-49
  • 4.3.2 不同纤维素酶用量的小麦秸秆的酶水解49
  • 4.3.3 不同温度预处理的小麦秸秆的酶水解49
  • 4.3.4 不同预处理小麦秸秆浓度的酶水解效果49-50
  • 4.4 结果与讨论50-56
  • 4.4.1 纤维素酶的用量对砂轮磨小麦秸秆酶水解效果的影响50-52
  • 4.4.2 木质素含量对砂轮磨小麦秸秆酶水解效果的影响52-54
  • 4.4.3 底物浓度对砂轮磨小麦秸秆酶水解效果的影响54-56
  • 4.5 小结56-58
  • 第五章 总结与建议58-62
  • 参考文献62-66
  • 附录66-74
  • 致谢74-76
  • 研究成果及发表的学术论文76-78
  • 作者和导师简介78


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