發(fā)布時間：2021-08-24 11:55

　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)生秸稈類物質(zhì)超過8億噸,合理利用秸稈直接關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。之前,玉米秸稈少量被粉碎還田和制作家畜飼料,大部分用來燃燒獲取熱量。然而,玉米秸稈含有比較高的葡聚糖和木聚糖,可以通過生物過程轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖用于生物燃料乙醇的生產(chǎn)。但是由于木質(zhì)素對聚糖組分的物理包覆,玉米秸稈具有天然的酶解抗性,因此需要對其進(jìn)行預(yù)處理以提高纖維素酶解轉(zhuǎn)化率。本課題采用酸性亞硫酸鹽法對玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,意在找到一種能夠高效率轉(zhuǎn)化生物燃料乙醇的方法,同時研究其預(yù)處理機(jī)制以及玉米秸稈生物精煉的可行性。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1. 玉米秸稈酸性亞硫酸鹽法預(yù)處理、糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及預(yù)處理廢液的綜合利用對玉米秸稈進(jìn)行了酸性亞硫酸鹽法預(yù)處理,通過對預(yù)處理后的富含纖維素的固形物進(jìn)行低底物濃度條件下酶解性能的比較,優(yōu)化得出酸性亞硫酸鹽法預(yù)處理玉米秸稈的最佳預(yù)處理條件為:Na HSO₃用量7%,H₂SO₄用量1%,反應(yīng)溫度170℃,反應(yīng)時間30 min,固液比1:4。在此最佳預(yù)處理條件下,預(yù)處理后富含纖維素的固料酶解48 ... 

【文章來源】：齊魯工業(yè)大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

木質(zhì)素基本結(jié)構(gòu)單體

齊魯工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文25圖2.4在170℃下對玉米秸稈進(jìn)行亞硫酸鹽預(yù)處理30min的初步質(zhì)量平衡2.4本章小結(jié)1.玉米秸稈經(jīng)酸性亞硫酸鹽法預(yù)處理后被分餾成富含纖維素的固料、半纖維素和木質(zhì)素磺酸鹽組分。當(dāng)NaHSO3用量由3%增加到8%時，木聚糖的溶出率由66.19%增加到75.8%，脫木素率由17.93%提高到39.51%，說明在酸性亞硫酸鹽預(yù)處理過程中，有很大一部分半纖維素與木質(zhì)素被溶解或除去。此外，當(dāng)NaHSO3的用量在3-8%范圍內(nèi)時，葡聚糖的損失小于6%，這表明玉米秸稈中的大部分纖維素被保存下來。2.采用Q-SSF工藝將纖維素組分高效率轉(zhuǎn)化為生物燃料乙醇，發(fā)酵48h后乙醇產(chǎn)量提高到36g/L，纖維素轉(zhuǎn)化率約為86%，乙醇產(chǎn)率約為0.752g/L/h。3.采用AB-8大孔吸附樹脂和95%甲醇體系，將酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理液中的聚糖和木質(zhì)素磺酸鹽組分進(jìn)行了有效分離，所得木質(zhì)素磺酸鹽純度高，且含硫量高，表明木質(zhì)素磺酸鹽可作為表面活性劑或其它工業(yè)應(yīng)用。4.初步質(zhì)量平衡結(jié)果表明，酸性亞硫酸鹽預(yù)處理的固體經(jīng)Q-SSF后，生物燃料乙醇產(chǎn)率達(dá)到162L/噸玉米秸稈。另外，預(yù)處理廢液中木質(zhì)素和木聚糖的產(chǎn)量分別為58kg和76kg。

齊魯工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文31表3.3酸性亞硫酸鹽預(yù)處理引起的纖維素結(jié)晶度指數(shù)和玉米秸稈比表面積的變化樣品結(jié)晶度（%）比表面積（m2/g）未經(jīng)處理的玉米秸稈22.107.24酸性亞硫酸鹽預(yù)處理的玉米秸稈41.339.223.3.3酸性亞硫酸鹽預(yù)處理后玉米秸稈表面積的變化木質(zhì)纖維素分解酶引起的水解需要木質(zhì)纖維素底物和酶之間充分接觸，形成底物-酶復(fù)合物以釋放糖[134-135]。因此，纖維素的可及表面積被認(rèn)為是影響纖維素酶促水解產(chǎn)率和速率的最關(guān)鍵因素之一[136-137]。多種分析技術(shù)已被應(yīng)用于測量木質(zhì)纖維素基質(zhì)的表面積。在這些技術(shù)中，帶氮吸附的BET方法可提供基材的可及表面積。SEM成像可用于評估基材的外部比表面積。3.3.3.1外表面的定性評估圖3.2顯示了在亞硫酸酸預(yù)處理之前和之后的玉米葉，玉米殼和玉米芯的SEM圖像。未經(jīng)處理的玉米秸稈的殼和葉表面是有序且致密的。亞硫酸鹽破壞了表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表面松散，并具有明顯的裂紋和孔隙。還可以觀察到許多細(xì)小纖維。未處理的玉米芯表面為有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，預(yù)處理也破壞了這種結(jié)構(gòu)。更多的內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露在外，這也增加了表面積。更大的外表面積有利于木質(zhì)纖維素分解酶與纖維之間的接觸，從而提高了纖維素的酶促水解效率[138]。(a)玉米殼(b)玉米葉(c)玉米芯(d)預(yù)處理后玉米殼(e)預(yù)處理后玉米葉(f)預(yù)處理后玉米芯圖3.2酸性亞硫酸鹽預(yù)處理前后的玉米秸稈的SEM圖像（×75）3.3.3.2內(nèi)部比表面積Zhu[139]和Wang[140]等人用溶劑排除表面積法測量了生物質(zhì)原料在預(yù)處理前后的內(nèi)

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3359943