采用水熱（高溫液態(tài)水）和堿醇聯(lián)合預處理麥草秸稈,對處理后的物料進行組成分析和酶解研究,并對堿醇預處理液中的木質(zhì)素進行回收提純及結(jié)構表征。結(jié)果表明:水熱預處理對半纖維素和酸溶木質(zhì)素有較好的溶出作用,溶出率隨水熱溫度的升高而增加。190℃為較優(yōu)的水熱處理溫度,此溫度下半纖維素和酸溶木質(zhì)素的溶出率分別為76.56%和83.52%。堿醇預處理可將酸不溶的木質(zhì)素從物料中有效分離,最終得到富含纖維素的物料（纖維素含量為89.71%）。X射線衍射（XRD）檢測結(jié)果表明,由于半纖維素和木質(zhì)素的溶出,物料的結(jié)晶度指數(shù)有所增大,從原料的28.80%增至預處理后的32.29%～33.59%。水熱和堿醇聯(lián)合預處理物料經(jīng)30 FPU/g（以纖維素質(zhì)量計）纖維素酶和30 IU/g的β-葡萄糖苷酶酶解72 h,物料的纖維素酶解率明顯提高,達到94.97%,是麥草原料直接酶解的6.1倍。采用傅里葉紅外光譜（FT-IR）對回收木素進行結(jié)構表征,結(jié)果表明與原料磨木木素相比,回收木質(zhì)素中除部分C■O和C—O—C發(fā)生斷裂外,其他基團得到較好的保留,回收木質(zhì)素作為預處理副產(chǎn)物具有較大的應用價值。 

【文章來源】：太陽能學報. 2020,41(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【圖文】：

實驗流程圖

麥草經(jīng)水熱處理后，由于大量半纖維素和部分木質(zhì)素的溶出，物料中的纖維素比例增加。不同物料的化學組分含量分析如圖3所示。與原料中纖維素含量36.16%相比，水熱處理后物料中纖維素比例增至39.96%(160℃）和52.38%(205℃）。隨著原料中半纖維素和木質(zhì)素的溶出，更多的纖維素暴露出來，纖維素的比表面積大幅增加，酶對纖維素的可及性增強，從而使酶水解效率提高。當溫度升至205℃時，雖然半纖維素和木質(zhì)素的溶出率進一步增大，但在劇烈反應條件下部分纖維素開始發(fā)生降解。預處理的目標是在對纖維素含量影響較小的前提下盡可能多地溶出半纖維素和木質(zhì)素。由以上分析可看出，在190℃時半纖維素的溶出率較高，達到76.56%，同時此時纖維素的溶出率較小，為8.67%。而當溫度升至205℃時，雖然半纖維素基本全部溶出，但由于纖維素的降解，纖維素損失較多。故選擇190℃為合適的水熱反應溫度。圖3 不同水熱溫度處理后物料的化學組分分析

圖2 各化學組分在不同水熱溫度下的溶出率為進一步分離木質(zhì)素，對物料HP3進行堿醇處理，得物料HA。處理中木質(zhì)素和殘余半纖維素的溶出使質(zhì)量減小，固體得率為61.92%�；瘜W組分分析表明，HA中總木質(zhì)素和半纖維素含量分別由HP3中的22.39%和8.39%降至4.91%和5.04%，纖維素含量由50.80%提高至89.71%�？芍�，堿醇處理可有效地將木質(zhì)素從物料分離，文獻[13]研究表明，堿醇溶液高效的去木質(zhì)素效果有兩方面原因：一方面溶劑中OH-可有效斷裂物料中酯鍵、醚鍵等化學鍵，破壞木質(zhì)素大分子結(jié)構使木質(zhì)素降解；另一方面，乙醇對木質(zhì)素有較好的溶解能力。故采用堿性乙醇溶劑處理物料可使用較溫和處理條件，在較小破壞木質(zhì)素結(jié)構的條件下實現(xiàn)木質(zhì)素的有效分離。以上結(jié)果表明，經(jīng)過水熱-堿醇聯(lián)合預處理可依次使半纖維素和木質(zhì)素降解溶出，得到富含纖維素的固體物料，有利于后續(xù)的纖維素酶水解。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]木質(zhì)素原料制備烴類化合物的研究進展[J]. 王飛,吳真,張軍,潘青青,張瑜,李迅.  林業(yè)工程學報. 2017(03)
[2]農(nóng)林生物質(zhì)預處理過程中細胞壁主要組分溶解機理研究進展[J]. 許鳳,張遜,周霞,吉喆,馬建鋒,馬靜.  林業(yè)工程學報. 2016(04)



本文編號：3491232