隨著化石能源的日漸枯竭和環(huán)境的逐漸惡化,尋找清潔能源越來越成為社會關(guān)注的焦點,生物質(zhì)燃料乙醇作為被認為最有工業(yè)應(yīng)用前景的再生能源之一,得到了廣泛的研究。而在生物質(zhì)燃料乙醇的制備過程中,木質(zhì)素被認為是主要的障礙。因為木質(zhì)素的存在導致木質(zhì)纖維原料存在天然的“頑抗性”,大大的降低了生物質(zhì)燃料乙醇的轉(zhuǎn)化效率。因此在生物質(zhì)燃料乙醇的制備時,原材料需經(jīng)過預處理工藝,有效的預處理能夠大大降低木質(zhì)素在燃料乙醇轉(zhuǎn)化過程中的抑制作用。因而,研究木質(zhì)素在預處理中的結(jié)構(gòu)變化,能夠推動預處理工藝的研究發(fā)展。本文以玉米秸稈為研究對象,以過氧化氫預處理(H_2O_2 pertreatment)、氨纖維爆破預處理(Ammonia Fiber Expansion Pretreatment,AFEX)以及過氧化氫—氨纖維爆破聯(lián)合預處理(Hydrogen Peroxide Presoaking Prior to Ammonia Fiber Expansion Pretreatment,H-AFEX)為研究方法,提取不同預處理工藝下的磨木木質(zhì)素,探究木質(zhì)素在預處理過程中的結(jié)構(gòu)變化以及木質(zhì)素對玉米秸稈酶水解的影響。從而為預處理研究工藝的優(yōu)化以及木質(zhì)素高效利用提供理論基礎(chǔ)。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)H-AFEX預處理后木質(zhì)素的C、H含量降低,N、O含量則有所升高;H-AFEX預處理過程能夠使木質(zhì)素側(cè)鏈斷裂,降低木質(zhì)素的分子量;木質(zhì)素中的酯鍵、烷基醚建、芳基醚鍵會發(fā)生明顯的斷裂,4種木質(zhì)素都為G(愈創(chuàng)木基)H(對羥苯基)S(紫丁香基)型木質(zhì)素,G型木質(zhì)素在預處理過程中最容易發(fā)生降解,木質(zhì)素中阿魏酸酯和對香豆酸酯發(fā)生降解,降解程度隨著實驗條件的加劇而程度加大。然而預處理過程中,樹脂醇、對香豆?jié)M和苯環(huán)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,不易被破壞。(2)預處理過程中的木質(zhì)素的N、O含量變化分別取決于AFEX預處理和H_2O_2預處理過程;在采用H-AFEX預處理時,能夠明顯的降低木質(zhì)素的分子量,其結(jié)構(gòu)相對于未經(jīng)預處理和單一過氧化氫及AFEX預處理木質(zhì)素更加的均一;預處理過程中木質(zhì)素中羰基以及酯鍵的變化主要取決于AFEX預處理;H-AFEX預處理過程中烷基醚鍵的斷裂程度以及G型木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的降解程度都要弱于單一的H_2O_2預處理和AFEX預處理。(3)木質(zhì)素對單一的微晶纖維素酶水解有明顯的抑制作用;采用未經(jīng)預處理玉米秸稈作為酶解底物時,木質(zhì)素的種類以及不同的木質(zhì)素添加量,對酶水解的過程的影響較小;當采用經(jīng)過預處理的玉米秸稈作為酶水解底物時,H-AFEX對玉米秸稈的酶解效率有巨大的提升,相對于未經(jīng)預處理秸稈,葡聚糖、木聚糖轉(zhuǎn)化率提升110.61%和134.78%,總糖產(chǎn)量提升2.19倍。分子量較低的木質(zhì)素對酶水解的影響相對要弱即經(jīng)過高溫預處理的木質(zhì)素對酶水解過程的影響要弱;同時,來自于木質(zhì)素中高濃度的脂肪族羥基會導致酶水解效率隨著木質(zhì)素添加量的升高而降低;并且木質(zhì)素對經(jīng)過預處理玉米秸稈酶水解的影響更強。(4)酶解殘渣木質(zhì)素具有相對較高的C、N含量,但是O含量偏低,分子量有大幅的降低,多分散性系數(shù)較大,分子量分布較廣;酶解木質(zhì)素中烷基醚鍵會發(fā)生斷裂;酶解殘渣木質(zhì)素為HGS型木質(zhì)素,由于在預處理過程中,主要G型木質(zhì)素發(fā)生降解,S/G的比率增大,S型結(jié)構(gòu)相對含量增多,導致酶解殘渣木質(zhì)素以S型單體為主。酶解殘渣木質(zhì)素中含有相對較低的阿魏酸酯類和對香豆酸酯類結(jié)構(gòu);酶解殘渣木質(zhì)素熱解需要較高的活化能,熱穩(wěn)定性較高,且熱解過后焦炭的得率比原材料木質(zhì)素有所提升,該類木質(zhì)素在制備生物質(zhì)炭過程中能有較高的得率,且在制備耐熱性環(huán)氧樹脂和新型阻燃材料上有較高的應(yīng)用價值。
【學位單位】：浙江農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X712
【部分圖文】：

隨著石油、煤和天然氣等п可再生資源的日益枯竭以及環(huán)境污染問題的日趨嚴重，對可再生生物質(zhì)資源的高效利用引起了人們的廣泛關(guān)注。而木質(zhì)纖維素是地球т最豐富的可再生的生物質(zhì)資源之 。其為植物細胞壁的主要成分，包含了纖維素、木質(zhì)素和半纖維素с大組分[1]，每年光合作用產(chǎn)生的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高達 1000 億噸以т，然而只有小部分的生物質(zhì)被有效利用，其中中國每年秸稈類的產(chǎn)量在 7.04 億左右[2]。木質(zhì)纖維素（圖 1.1）[3]主要由纖維素、木質(zhì)素、半纖維素с種組分以各種化學鍵相互連接形成木質(zhì)纖維素[4]，纖維素由葡萄糖通過糖苷鍵聚合而成，其分子間和分子內(nèi)都具有很強的氫鍵，具有較高的結(jié)晶度。木質(zhì)素由苯丙烷基聚合而成。半纖維素則是由木糖和其他 些糖基聚合而成的復雜聚合物。而在木質(zhì)纖維素的利用過程中，其結(jié)構(gòu)存在的“頑抗性”成為木質(zhì)纖維素高效利用的主要障礙。而其主要因素在于木質(zhì)素[5]，由于木質(zhì)素在с大組分中充當“膠黏劑”的作用，使得с大組分很難有效的分離從而降低木質(zhì)纖維素的利用效率。

[6]，其原理是將木質(zhì)纖維素材料在 定溫度壓力н的反應(yīng)釜內(nèi)，通入液氨處理段時間，然后快速釋放壓力，液氨的快速氣化，使得纖維素膨脹，改變其精細結(jié)構(gòu)，破壞其結(jié)晶結(jié)構(gòu)[7]，大幅提高纖維素的酶解效率。1.1.1 木質(zhì)素的組成及結(jié)構(gòu)木質(zhì)素是自然界中含量最高的可再生芳基化合物資源，是 種具有с維立體結(jié)構(gòu)的天然高分子聚合物，其芳環(huán)聚合物結(jié)構(gòu)中主要包含甲氧基、酚羥基、醇羥基、端基醛等官能團[8]，目前普遍認為木質(zhì)素с種前驅(qū)體香豆醇，松柏醇和芥子醇通過酶的脫氫聚合及自由基耦合而成。其с種前驅(qū)體分別對應(yīng)的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元分別為對羥苯基（H）、愈創(chuàng)木基（G）、紫й香基（S）с種苯丙烷類結(jié)構(gòu)單元（圖 1.2）[9]。研究表明，闊葉材木質(zhì)素主要有 G、S 兩種單元構(gòu)成，針葉材木質(zhì)素由 G 結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，而非木材纖維木質(zhì)素由 G、S、H с種結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成[10]。

圖 1.3 木質(zhì)素中主要的連接鍵Figure1.3 Main linkage in lignin了木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元之間的連接鍵，木質(zhì)素分子間也存在著氫對稻稈堿木質(zhì)素、玉米稈堿木質(zhì)素和甘蔗渣木質(zhì)素磺酸鹽с種，с種木質(zhì)素的紅外圖譜中，—OH的特征峰依次向高波數(shù)方向甘蔗渣木質(zhì)素磺酸鹽中的氫鍵作用依次小于玉米堿木質(zhì)素和素分離及分析方法構(gòu)表征的木質(zhì)素的分離方法，根據(jù)其原理п同可分為兩大類
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 V.N.Bashkin;蕭丘;;一種用于測定土壤~(15)N:~(14)N同位素比的樣品預處理新方法[J];核農(nóng)學通報;1987年01期

2 李永蓮;陽元娥;黎妍文;劉文鋒;;不同預處理方法下玉米芯水解效果的比較研究[J];中原工學院學報;2018年04期

3 鄭素華;余蘭芳;顧琰;;改良PICC預處理法預防化療患者機械性靜脈炎的效果[J];解放軍護理雜志;2013年12期

4 肖天航;昂海松;余少志;王旭剛;段文博;;預處理法求解定常/非定�；旌暇W(wǎng)格的全速流場[J];空氣動力學學報;2007年04期

5 應(yīng)文俊;吳凱;史正軍;楊海艷;鄭志鋒;楊靜;;磷酸聯(lián)合過氧化氫預處理玉米芯及其酶水解效率的影響[J];林產(chǎn)化學與工業(yè);2018年05期

6 張曉紅;劉麗;程靜;李秀珍;;比較兩種不同預處理法的尿液有機酸分析在遺傳代謝性疾病篩查和診斷[J];廣州醫(yī)學院學報;2009年06期

7 丁梁斌;;秸稈預處理方法的研究進展[J];安徽化工;2017年06期

8 劉道忠;預處理法滲碳[J];航空工藝技術(shù);1986年06期

9 王保乾;預處理法在環(huán)境工程中的應(yīng)用[J];環(huán)境技術(shù);1992年04期

10 趙彬,李冬寧,李先庭,彥啟森;室內(nèi)空氣流動數(shù)值模擬的誤差預處理法[J];清華大學學報(自然科學版);2001年10期

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 趙崢;離子液體及低共熔溶劑用于麥秸預處理的研究[D];北京化工大學;2018年

2 秦磊;纖維素乙醇生產(chǎn)中乙二胺預處理及酶解過程的研究[D];天津大學;2017年

3 張敬芝;基于木質(zhì)纖維素能源作物預處理及發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的過程強化[D];北京化工大學;2017年

4 王娟;苦參藥渣的預處理及開放式發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的研究[D];北京科技大學;2018年

5 馬方;預處理方式對花生秸稈成型性能影響的試驗研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2017年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 蘭萌;酸堿兩步預處理玉米芯生產(chǎn)生物乙醇的研究[D];長安大學;2018年

2 王卿;濃磷酸聯(lián)合過氧化氫（PHP）預處理農(nóng)林廢棄物技術(shù)及機理研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學;2017年

3 姜雅慧;術(shù)前糖預處理對消化道惡性腫瘤手術(shù)患者預后的Meta分析[D];重慶醫(yī)科大學;2018年

4 趙雯雯;基于DMSO輔助的離子液體預處理的纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化研究[D];北京化工大學;2018年

5 喬先良;H-AFEX預處理對玉米秸稈木質(zhì)素結(jié)構(gòu)及酶水解的影響研究[D];浙江農(nóng)林大學;2019年

6 曾勇;預處理對麥秸結(jié)構(gòu)及產(chǎn)氣的影響研究[D];中國石油大學(北京);2016年

7 李萍;木質(zhì)纖維素預處理及其降解機制的研究[D];北京化工大學;2017年

8 賀張偉;預處理方法對污泥厭氧耦合微生物電解及厭氧消化產(chǎn)能的影響[D];哈爾濱工程大學;2014年

9 柯莉;Nb及Nb/Si粉表面包覆改性的制備工藝研究[D];華中科技大學;2011年

10 任海倫;陰極材料LiMn_2O_4鉻摻雜的合成及性能研究[D];昆明理工大學;2004年

本文編號：2851352