稻草秸秆成分分离及其水解液的发酵制取乙醇研究

【摘要】：以生物质能的综合利用为核心的新型能源与节能减排研究,是江西省委省政府的“六个一”工程的重点发展领域之一。高效利用储藏于这些植物桔杆中的能量不仅对于缓解我国部分能源紧缺问题,而且对于广大农村的环境保护具有重大意义。本工作针对水稻秸秆主要成分的有效分离及其水解液发酵制取乙醇等内容进行了积极的努力的探索,主要研究内容如下： 1)在稀酸水解前处理方法的基础上,提出了根据稻草秸秆的主要组分的化学性质的不同,分步、分别处理,完全充分利用新的思路和方法。 2)经过系列实验,得出了稀酸水解处理的最佳条件,即0.5% HCl+0.5% H2SO4,固液比为1：5,100℃自然回流。研究表明,此条件既能保证半纤维素糖类的最大程度地溶出,又能保证最少量的发酵抑制剂的产生。 3)稀酸催化水解反应脱除了稻草秸秆中的大部分半纤维素组分,通过水解作用形成以木糖和葡萄糖为主的水解液；使其纤维素组分与处理前相比更加裸露,使后续酶解步骤的酶活性或酶解效率有所提高。但是,在稀酸水解反应过程中稻草秸秆中的木质素部分几乎没有发生变化,木质素的存在使得稻草秸秆中的纤维素组分的酶解活性得不到质的提高。鉴于此,本工作进行了脱木质素反应,所选用的反应为木质素的磺甲基化反应,产生的水溶性的木质素磺酸盐可作为三次采油注剂,木质素的磺甲基化反应没有废液产生。经过稀酸催化水解反应与木质素的磺甲基化反应后所剩余的部分,基本上就是比较纯净的纤维素部分,可对其有效地进行酶解(生成葡萄糖),其酶解率高达93%。 4)然后继续对水解、酶解得到的产物以木糖和葡萄糖为主的单糖进行发酵制取乙醇研究。对于稻草秸秆稀酸水解反应产生的水解液主要成分是木糖和葡萄糖,传统的发酵葡萄糖为乙醇的菌种不能发酵木糖为乙醇,自然界中能发酵戊糖并产生乙醇的菌种很少,本工利用一种能同时发酵木糖与葡萄糖制乙醇的菌种Candida shehatae,通过对该菌种发酵稻草水解液制乙醇的研究表明,稻草水解液的pH、供氧情况、总糖浓度等因素对乙醇的产率等都有不同程度的影响；pH=6.6,发酵时间80h、120r/min为较优化的条件,乙醇产率达到39%,在同类研究中处以较高的水平。 【关键词】：水稻秸秆 稀酸水解前处理 脱木质素 酶解 CH_3CH_2OH
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 生物质的利用及其制取乙醇的研究状况7-19
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 生物质简介8-9
• 1.2.1 生物质的类型及在中国的分布概况8
• 1.2.2 生物质的性质和构成8-9
• 1.2.3 生物质利用的技术与方法9
• 1.3 利用生物质制取燃料乙醇9-18
• 1.3.1 概述9-10
• 1.3.2 生物质处理方法研究进展10-14
• 1.3.3 木糖发酵菌种的研究进展14
• 1.3.4 木糖发酵微生物及其选育14-16
• 1.3.5 生物质水解液制取乙醇的研究进展16-18
• 1.4 本论文的研究动机18-19
• 第二章 水稻秸秆的分步处理以及其组分的有效分离19-33
• 2.1 前言19-20
• 2.2 材料与方法20-22
• 2.2.1 仪器与试剂20-21
• 2.2.2 稻草水解液的制备21
• 2.2.3 生物质材料各组分的分析21
• 2.2.4 稻草水解液中单糖种类的分析21
• 2.2.5 定量分析方法21
• 2.2.6 经过前处理的稻草秸秆的脱木质素化反应21-22
• 2.2.7 纤维素部分的酶解反应22
• 2.3 结果与讨论22-32
• 2.3.1 稻草秸秆的成分分析22-23
• 2.3.2 稻草水解液中单糖种类的分析23
• 2.3.3 稻草秸秆水解反应时间对水解效率的影响23-26
• 2.3.4 固液比对水解反应效率的影响26
• 2.3.5 硫酸与盐酸比例对水解反应的影响26-27
• 2.3.6 催化剂的用量对稻草秸秆前水解的影响27-30
• 2.3.7 时间对脱木质素反应的影响30-31
• 2.3.8 纤维素组分的酶解反应31-32
• 2.4 结论32-33
• 第三章 一株假丝酵母发酵稻草水解液制乙醇研究33-39
• 3.1 引言33
• 3.2 实验材料与方法33-35
• 3.2.1 仪器与试剂33-34
• 3.2.2 实验材料34
• 3.2.3 实验方法34-35
• 3.3 结果与讨论35-38
• 3.3.1 pH值对发酵稻草水解液制乙醇的影响35-36
• 3.3.2 供氧情况对发酵稻草水解液制乙醇的影响36
• 3.3.3 稻草水解液中的总糖浓度对发酵制乙醇的影响36-37
• 3.3.4 稻草水解液发酵前的化学处理对其发酵制乙醇的影响37-38
• 3.4 结论38-39
• 第四章 结论与展望39-40
• 参考文献40-43
• 攻读硕士学位期间学术论文发表情况43-44
• 致谢44

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