富镉水稻秸秆木质纤维素综合利用技术研究

【摘要】：本文以不同镉含量的稻秆为原料,对稻秆预处理方法与稻秆纤维素水解效率的关系以及纤维素膜制备工艺等进行了研究。取得的主要结果如下： 1、未经过预处理的稻秆纤维素水解效率很低,经过预处理的稻秆,其纤维素水解效率均得到了显著的提高。经过酸碱复合预处理后的稻秆残渣,在酶浓度为350U的条件下酶解72h,与未处理的稻秆相比,其纤维素的水解效率提高了1.16倍；经过酸碱及离子液体复合预处理后的稻秆残渣,其水解效率提高了1.7倍。 2、酸碱复合预处理和酸碱加离子液体复合预处理都破环了木质纤维素的内部结构,不同程度地打破了木质纤维素的晶体结构和各组分间的化学键,使纤维素的比表面积增大,增加与纤维素酶的接触面积,不同程度地提高了纤维素的水解效率和乙醇转化率。 3、直接对镉含量为2mg·kg-1和8mg·kg-1的稻秆进行酶解,富镉稻秆比无镉稻秆的水解效率低,且随着镉浓度升高,水解效率呈下降的趋势。在酶浓度为350U的条件下酶解72h,原样中镉浓度为2mg·kg-1的稻秆,比无镉稻秆葡萄糖产量低38.45g·kg-1,原样中镉浓度为8mg·kg-1的稻秆,比无镉稻秆葡萄糖产量低43.71g·kg-1。 4、在常温常压条件下用氢氧化钠和过氧乙酸对含镉稻秆进行复合处理后,稻秆纤维素的水解效率均得到了显著的提高,稻秆中镉含量越高,处理后的水解效率越高。在酶浓度为350U酶解时间为72h的条件下,与未处理的稻秆相比,原样中镉浓度为2mg·kg-1的稻秆残渣,葡萄糖产量升高了1.85倍；原样中镉浓度为8mg·kg-1的稻秆残渣,葡萄糖产量升高了2.14倍。 5、以NaOH和PAA预处理后的稻秆纤维素为材料,在酶解液中分别加入2mg·L-1和8mg·L-1的Cd,发现酶解液中的镉含量和稻秆纤维素的葡萄糖产量呈正相关。其中,酶解24h后,含镉8mg·L-1的酶解液中葡萄糖产量比无镉酶解液中的葡萄糖产量高出30%。说明镉离子对纤维素酶有激活作用。 6、稻秆中镉的去除效果因预处理方法的不同而变化。NaOH溶液对稻秆中的镉没有去除作用,PAA预处理后稻秆残渣中镉含量降低了80%以上,NaOH和PAA复合处理后,稻秆残渣中镉含量降低了90%以上,这说明PAA具有去除稻秆中镉的作用,NaOH和PAA复合处理使镉的去除效果更加理想。 7、不同的离子液体对纤维素的溶解效果存在差异,其中1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐为制备纤维素膜的最佳离子液体,45-C为制备纤维素膜过程中真空干燥6h的最理想温度。 【关键词】：水稻秸秆 木质纤维素 化学预处理 葡萄糖 乙醇 纤维素膜 锡
【学位授予单位】：天津师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ914.3;TQ352
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第一章 前言10-21
• 1.1 水稻秸秆资源化优势10-12
• 1.2 木质纤维素组成及预处理技术研究进展12-16
• 1.3 纤维素酶解技术研究进展16-19
• 1.4 本论文的研究思路和主要内容19-21
• 第二章 预处理方法对稻秆纤维素水解效率及乙醇转化率的研究21-31
• 2.1 材料与方法21-24
• 2.1.1 稻秆的预处理方法21
• 2.1.2 酶解及发酵条件21-22
• 2.1.3 酶解后样品的衍生化及GC-MS测定22-24
• 2.1.4 数据分析24
• 2.2 结果分析与讨论24-30
• 2.2.1 预处理及酶浓度随时间对稻秆纤维素水解效率的影响24-27
• 2.2.2 预处理对稻秆纤维素葡萄糖产量的影响27-28
• 2.2.3 预处理对稻秆纤维素乙醇转化率的影响28-29
• 2.2.4 预处理对样品纤维素结构的影响29-30
• 2.3 结论30-31
• 第三章 预处理对富镉稻秆产物镉含量及水解效率的研究31-39
• 3.1 材料与方法31-32
• 3.1.1 富镉稻秆及预处理产物的Cd测定31
• 3.1.2 分析与检测31-32
• 3.2 结果、分析与讨论32-38
• 3.2.1 化学预处理方法对稻秆木质纤维素镉含量的影响32
• 3.2.2 稻秆纤维素水解产物衍生化后的质谱分析研究32-34
• 3.2.3 NaOH和PAA复合处理对稻秆纤维素水解效率的影响34-36
• 3.2.4 NaOH和PAA复合处理对稻秆纤维素葡萄糖产量的影响36-37
• 3.2.5 酶解液中镉浓度对酶活的影响37-38
• 3.3 结论38-39
• 第四章 稻秆纤维素膜技术研究39-42
• 4.1 材料与方法39-40
• 4.1.1 离子液体类型及真空干燥温度的设定39
• 4.1.2 纤维素膜的制备39
• 4.1.3 离子液体的回收39-40
• 4.2 结果与讨论40-41
• 4.2.1 离子液体类型对纤维素膜性能的影响40
• 4.2.2 真空干燥温度对纤维素膜性能的影响40-41
• 4.3 结论41-42
• 结论42-43
• 展望43-44
• 参考文献44-50
• 致谢50-52
• 附录：硕士期间发表的论文52

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