亚/超临界—发酵组合技术制备秸秆乙醇

【摘要】：随着社会能源需求的不断增长与环境污染的日益严重,以生物质秸秆为原料生产燃料乙醇有着广阔的市场前景。超临界技术为生物质秸秆的资源化利用提供了一条新的途径。本论文利用亚/超临界-发酵组合技术对生物质秸秆进行处理及资源化研究,利用间歇式高压反应釜,以生物质秸秆亚/超临界反应所产生的还原糖及发酵产生的乙醇为目标产物,研究了生物质秸秆亚/超临界处理的影响因素和液化产物的脱毒及发酵条件。 本文采用亚/超临界技术对生物质秸秆进行水解,探讨了温度和固液比等因素对还原糖产率与浓度的影响。结果表明甘蔗渣在最佳温度343℃与最佳固液比1:3.7时,还原糖产率达30.4%,还原糖浓度为141.55g/L;稻草秸在最佳温度332℃与最佳固液比为1:3.6时,还原糖产率达20.6%,浓度为119.98g/L;小麦秸在最佳温度335℃,最佳固液比为1:6.5时,还原糖产率与浓度达23.75%, 62.17g/L;玉米秸在最佳温度312℃,最佳固液比1:3时,还原糖产率与浓度达34.9%,106.65g/L;油菜秸在最佳温度319℃,最佳固液比为1:5时,还原糖产率与浓度达34.21%,79.86g/L。 本论文优化了超临界处理后的反应液的脱毒方法:将得到的超临界反应液,缓慢加入Ca(OH)_2,至pH=8-9,在60℃下放置,待Ca(OH)_2完全沉淀,抽滤得液体,用磷酸溶液调pH至5。再加入3%活性炭,50℃下搅拌30min,冷却后抽滤得液体。 论文对反应液发酵的脱毒效果、菌种驯化、接种量以及培养基营养盐的配比等进行了探讨。结果表明,脱毒后的反应液更利于发酵,乙醇产率提高了35.6%;驯化后的酿酒酵母发酵产生的乙醇浓度由32g/L上升到42.9g/L,可能由于液化产物中酵母发酵抑制物的脱除尚不完全。最佳接种量为10%,pH值为5,最佳营养盐配比为:0.1g/L MgSO_4·7H_2O,0.15g/L KH_2PO_4,0.4g/L(NH_4)2SO4,并做验证实验,得乙醇浓度为52.6g/L。实验采用20g甘蔗渣在343℃,固液比为1:3.7时,还原糖产率为30.4%,产生还原糖浓度为141.55g/L。经计算,每生产1t乙醇需要2.09t还原糖,即需要6.88t甘蔗渣,则还原糖的利用效率为47.85%,纤维素的产糖率为75.94%,纤维素转化为乙醇的利用率为36.12%。 【关键词】：亚/超临界 发酵 生物质秸秆 脱毒 乙醇
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 生物质能概述10
• 1.2 生物质秸秆的基本组成和性质10-14
• 1.2.1 纤维素11-12
• 1.2.2 半纤维素12-13
• 1.2.3 木质素13-14
• 1.3 国内外生物质能研究现状及发展趋势14-20
• 1.3.1 国外生物质能开发利用现状及发展趋势14-18
• 1.3.2 国内生物质能开发利用现状及发展趋势18-20
• 1.4 亚/超临界水技术及在生物质能液化应用20-26
• 1.4.1 亚/超临界水技术的概念20-22
• 1.4.2 亚/超临界水技术的性质22-24
• 1.4.3 亚/超临界水中生物质秸秆的转化24-26
• 1.5 秸秆液化产物的脱毒问题与发酵26-27
• 1.5.1 抑制物的主要成分及作用26
• 1.5.2 脱毒方法26-27
• 1.6 课题来源及研究思路27-29
• 1.6.1 课题来源27-28
• 1.6.2 研究思路28
• 1.6.3 研究内容28-29
• 1.7 研究技术路线29-30
• 第二章 实验材料和分析方法30-41
• 2.1 实验原料与药品30-31
• 2.1.1 实验原料30
• 2.1.2 实验药品30-31
• 2.1.3 反应液发酵的材料31
• 2.2 实验装置与实验仪器31-33
• 2.2.1 实验装置31-33
• 2.2.2 实验仪器33
• 2.3 实验方法33-41
• 2.3.1 原料成分分析33-36
• 2.3.2 热值36
• 2.3.3 碘量法还原糖产率的测定36-37
• 2.3.4 电镜扫描分析37
• 2.3.5 气质联用分析液相产物37-38
• 2.3.6 气相色谱法测乙醇38-41
• 第三章 生物质水热产糖的研究41-56
• 3.1 秸秆水热产糖的条件优化41-49
• 3.1.1 反应条件对甘蔗渣还原糖产率的影响41-43
• 3.1.2 反应条件对稻草秸还原糖产率的影响43-45
• 3.1.3 反应条件对小麦秸还原糖产率的影响45-46
• 3.1.4 反应条件对玉米秸还原糖产率的影响46-48
• 3.1.5 反应条件对油菜秸还原糖产率的影响48-49
• 3.2 五种秸秆水热产糖优化条件的比较49-55
• 3.2.1 反应温度对秸秆转化率的影响49-50
• 3.2.2 五种秸秆还原糖产率影响的比较50-52
• 3.2.3 水热处理前后秸秆 SEM 图52-55
• 3.3 本章小结55-56
• 第四章 液化产物的脱毒与发酵56-82
• 4.1 液化产物的脱毒56-74
• 4.1.1 生物质液化产物的GC-MS 分析56-70
• 4.1.2 过碱中和的 pH 值70-71
• 4.1.3 活性炭脱色71-72
• 4.1.4 脱毒处理液化产物的 GC-MS 分析72-74
• 4.1.5 结论74
• 4.2 反应液的发酵74-81
• 4.2.2 脱毒效果对发酵结果的影响74-75
• 4.2.3 菌种的驯化75
• 4.2.4 接种量对发酵过程pH 的影响75-76
• 4.2.5 正交试验76-79
• 4.2.6 秸秆资源化的经济分析79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 结论与展望82-84
• 5.1 结论82-83
• 5.2 展望83-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文90-91
• 致谢91-93

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