玉米秸秆中的木质素分离研究

【摘要】：随着环境污染和能源危机等问题日益严重，人类逐渐开始认识到人与自然和谐关系的恶化所带来的严重后果。木质纤维素类生物质因其可再生性、可降解性而日益受到重视，自然界储量丰富的木质素成为重要的可再生资源。离子液体作为一种新型的“绿色溶剂”，其对玉米秸秆中的木质素有较好的溶解性能，在生物质废弃物的资源化利用方面具有良好的应用前景。 本文以木质素溶出率和木质素选择性溶解能力为评价指标，采用离子液体法和生物法分别对玉米秸秆生物质中的木质素进行溶解和降解，研究其最佳工艺条件，并对其优劣性进行了比较分析。 本文提出了一种利用阴离子交换树脂来获得高纯度离子液体的合成方法。自行设计并合成了4种阴离子功能化离子液体，分别为[BMIM][HCOO]、[BMIM][CH_3COO]、[BMIM][CH_3CH_2COO]和[BMIM][N(CN)_2]，并采用~1H-NMR和~(13)C-NMR对离子液体的化学结构进行了表征和验证。[BMIM][CH_3COO]对玉米秸秆进行的正交试验表明反应温度是影响木质素溶出率的最主要因素。通过4种离子液体溶解玉米秸秆的单因素对比实验可得，在固液比5%，反应时间24h和反应温度140℃的条件下[BMIM][N(CN)_2]对木质素的溶出率最高，为75.15%；且对木质素的选择性溶解能力最强，最高的选择性溶解系数η可达1.8073。 粗漆酶能不同程度地降解玉米秸秆中的酸溶木素和酸不溶木素，其对酸不溶木素的降解专一性较酸溶木素强。在漆酶浓度0.5U·g~(-1)，反应温度45℃，反应时间5h，pH值6.5，固液比1:25的条件下，木质素的溶出率最高。不同体积百分比的3种脂肪酸离子液体的加入对粗漆酶的酶活力有一定的负面影响，体积比越大，抑制作用越显著；在10%体积比下，离子液体完全抑制漆酶的活性，漆酶处于失活状态；其中，[BMIM][HCOO]对酶活的抑制作用最为明显。 比较离子液体法和漆酶法，前者对木质素溶解能力强，木质素溶出率高，后者对木质素的选择性溶解能力强，但木质素溶出率低。 【关键词】：玉米秸秆 木质素 离子液体 选择性溶解 漆酶 成分分析
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 木质纤维素类生物质能源的发展概况9-10
• 1.2 玉米秸秆类生物质概述10-12
• 1.2.1 生物质的化学组成10-11
• 1.2.2 纤维素的结构和性质11
• 1.2.3 半纤维素的结构和性质11-12
• 1.3 木质素概述12-14
• 1.3.1 木质素的结构和性质13-14
• 1.3.2 木质素的应用现状和前景14
• 1.4 玉米秸秆中木质素的分离方法14-17
• 1.4.1 物理法15
• 1.4.2 化学法15-17
• 1.4.3 生物法17
• 1.5 离子液体概述17-20
• 1.5.1 离子液体的定义和性质17-18
• 1.5.2 离子液体的结构和种类18
• 1.5.3 离子液体的合成方法18-19
• 1.5.4 离子液体在溶解木质素中的应用19-20
• 1.6 漆酶概述20-21
• 1.6.1 漆酶的定义和性质20-21
• 1.6.2 漆酶在降解木质素中的应用21
• 1.7 本论文研究思路与内容21-23
• 第2章 实验内容与方法23-35
• 2.1 实验材料23-26
• 2.1.1 实验原料23
• 2.1.2 实验药品和试剂23-24
• 2.1.3 实验仪器和设备24-25
• 2.1.4 主要溶液25-26
• 2.2 实验方法26-30
• 2.2.1 阴离子交换树脂的预处理、转型及再生26
• 2.2.2 脂肪酸离子液体的制备26-27
• 2.2.3 [BMIM][N(CN)_2] 的合成27-28
• 2.2.4 玉米秸秆的预处理28
• 2.2.5 离子液体溶解玉米秸秆28
• 2.2.6 漆酶处理玉米秸秆28-29
• 2.2.7 玉米秸秆的成分分析29-30
• 2.2.8 离子液体的回收30
• 2.3 分析测定方法30-35
• 2.3.1 离子液体的 ~1H-NMR 、~(13)C-NMR 表征30
• 2.3.2 混合单糖溶液标准曲线的绘制30-31
• 2.3.3 玉米秸秆各组分含量的测定31-33
• 2.3.4 玉米秸秆溶出率的测定33
• 2.3.5 木质素和总糖溶出率的测定33
• 2.3.6 木质素选择性溶解能力的测定33-34
• 2.3.7 漆酶活力的测定34
• 2.3.8 离子液体对漆酶活力的影响34-35
• 第3章 离子液体溶解玉米秸秆中木质素工艺研究35-45
• 3.1 离子液体的~1H-NMR 和~(13)C-NMR 图谱分析35
• 3.2 [BMIM][CH_3COO] 溶解木质素条件研究35-38
• 3.2.1 正交试验方案设计35-36
• 3.2.2 溶解前后成分分析结果36-37
• 3.2.3 正交试验结果分析37-38
• 3.3 离子液体溶解前后玉米秸秆的成分分析38-41
• 3.3.1 溶解前后玉米秸秆的高效液相色谱图38-39
• 3.3.2 溶解前后成分分析结果39-41
• 3.4 离子液体溶解木质素条件研究41-43
• 3.4.1 阴离子结构与反应温度对玉米秸秆溶解的影响41-42
• 3.4.2 阴离子结构与反应温度对木质素溶解的影响42-43
• 3.4.3 木质素最佳溶解条件的选择43
• 3.5 离子液体对木质素选择溶解性研究43-44
• 3.5.1 阴离子结构与反应温度对木质素选择性溶解系数的影响43-44
• 3.5.2 对木质素选择溶解能力最强离子液体的选择44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 漆酶降解玉米秸秆中木质素工艺研究45-54
• 4.1 漆酶降解木质素条件研究45-50
• 4.1.1 正交试验方案设计45-46
• 4.1.2 玉米秸秆处理前后溶出率46
• 4.1.3 降解前后玉米秸秆的高效液相色谱图46-48
• 4.1.4 成分分析结果48-49
• 4.1.5 正交试验结果分析49-50
• 4.2 离子液体对漆酶稳定性影响的研究50-52
• 4.2.1 离子液体添加量的选择50-51
• 4.2.2 离子液体对漆酶酶活影响的计算51-52
• 4.2.3 离子液体对漆酶稳定性的影响52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 结论54-56
• 参考文献56-61
• 缩略语词汇表61-62
• 附录 A 离子液体的 NMR 核磁共振谱图62-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间的研究成果71

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

国内外生物质能利用技术研究进展    余珂;胡兆吉;刘秀英;

预处理脱除木质素的研究    侯丽芬;丁长河;孙向阳;李里特;

生物法处理木质素的研究进展    程玲玲;何钢;陈介南;詹鹏;张伟涛;

木质素、纤维素高效分离技术    廖俊和,罗学刚

油棕榈果球丝烧碱-蒽醌法蒸煮脱木质素机理的研究    曹云峰;冯奇;张凤山;李忠正;李建华;

3种不同酶(体系)降解木质素机制初探    尤纪雪;廖金华;陈星星;叶汉玲;

安全环保型绿色溶剂-离子液体的应用及展望    黄武;赵敬;夏一峰;

木质素生物合成途径及调控的研究进展    魏建华,宋艳茹

烟梗木质素与纤维素的分离及太赫兹图谱研究    苏同福

漆酶/介体改善马尾松磨石磨木浆纤维特性及其机理研究    沈清江

天然高分子水处理剂在染料废水处理中的应用    赵燕;李艳梅;

一种新型阴离子交换纤维的制备    赵燕;付丽红;孙钢;

油菜杆等秸秆纤维复合材料的初探    邝先飞;涂海华;钟海坚;高晓波;

生物柴油对国Ⅲ乘用车及发动机性能影响研究    田冬莲;郑贺悦;傅连学;戴春蓓;景晓军;

基于单元分析的非点源污染调查评估方法    赖斯芸,杜鹏飞,陈吉宁

国内外石油植物的研发现状及对我国石油植物发展的思考    凌诚;林位夫;

天然植物纤维聚合物基复合材料的研究进展    阮林光;李志君;

生物质主要组分低温热解研究    吴逸民;赵增立;李海滨;何方;

不同种类生物油化学组成结构的对比研究    常胜;赵增立;张伟;郑安庆;吴文强;李海滨;

下吸式生物质气化炉气化性能研究    金亮;周劲松;吴远谋;骆仲泱;

玉米秸秆在人工瘤胃反应器中的厌氧转化    岳正波;胡真虎;俞汉青;

秸秆、蓝藻和餐厨废弃物等生物质资源化利用的进展与探讨    翟志军;李俊;陈祥松;吴金勇;姚建铭;

离子液体中电沉积金属镍的研究    杨培霞;安茂忠;李海先;李吉丹;王福平;

长沙地区低碳农业发展的几点思考    蔡立湘;纪雄辉;彭新德;李明德;倪笑;

秸秆揉碎加工机械及工艺的试验研究    李林;张庆旭;赵满全;赵振国;

青贮饲料收获机关键部件设计与应用研究    赵满全;韩宝生;佘大庆;刘伟峰;刘汉涛;陈铁英;

玉米秸秆去叶装置设计与试验    朱新华;杨中平;郭康权;吴永锋;查峥;

绿液预处理对麦草化学成分及酶水解糖化的影响    黄婷;陆青山;金永灿;谷峰;张厚民;Hasan Jameel;Richard Phillips;李忠正;

纤维素酶及其在废木质纤维素制可还原糖中的应用    姜晓云;王家德;

生物炼制技术在玉米加工业应用    张陆;刘艳;张英楠;

离子液体在溶液中的簇集行为研究    王慧勇

离子液体—蛋白酶处理对羊毛表面性能的影响    袁久刚

阔叶木生物质精炼两种利用模式的研究    迟聪聪

合成气合成二甲醚和乙醇的试验研究    朱颖颖

秸秆类生物质流态化燃烧特性研究    秦建光

基于组分的生物质热裂解机理研究    刘倩

厨余物厌氧产氢过程控制因素优化研究    赵明星

稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究    孙万里

规模化畜禽养殖废弃物处理的技术经济优化研究    马永喜

辽宁省能源消耗及碳排放规律研究    田徵

竹纤维基液体地膜的制备与表征    任荷玲

农业废弃物热解特性的研究    唐京禧

脆性水稻秸秆的生物预处理及发酵    刘晨娟

甘蓝型油菜抗倒伏相关性状的遗传分析和QTL定位    张文华

沼渣利用下温室番茄及土壤环境对水氮耦合的响应    谢景欢

生物质与煤混合燃烧特性的研究    马爱玲

木质层孔菌产MnP培养体系优化及酶学性质研究    陈聪

废弃植物纤维资源中药香茶菜药渣制浆造纸性能研究    袁琳

耐盐碱产纤维素酶芽孢杆菌的选育及酶学特性的研究    桂春燕

碎玉米秸秆卷压特性的研究    赵何

高沸醇溶剂法提取花生壳中木质素的研究    陈为健,程贤甦,方华书,陈跃先,李勉钧,陈云平

我国木薯酒精生产现状及其产业发展关键技术——广西、海南木薯考察报告    王文泉;叶剑秋;李开绵;朱文丽;

燃生物废料流化床锅炉    别如山,李炳熙,陆慧林,杨励丹

利用丙酸降解小麦秸秆的研究    张利,张清东,刘世贵,漆玉邦

生物柴油的研究进展    龚树华;

生物质能的电能转化    彭武厚;陆鑫;

烟梗成分提取及其应用研究    鲁蕾,付敏,郭宝星

碳源和氮源对平菇菌丝胞外酶的诱导作用    曾荣鉴;

造纸废液的碱溶木素含量测定    杨家和

球状苯基纤维素填料在低压疏水制备色谱分离天然菠萝酶中的应用    朱云,朱和辉,朱建华

农作物秸秆资源化技术与再生能源资源的可持续利用    纵瑞收;李峰;李华;

离子液体[BMIM]C1处理对纤维素原料酶解效果的影响    刘丽英;陈洪章;

橄榄绿链霉菌E-86木聚糖酶的固定化及低聚木糖制备研究    艾志录

三倍体毛白杨EMCC蒸煮和TCF漂白及其木素结构变化的研究    刘玉