細(xì)菌納米纖維素(Bacterial nanocellulose,BNC)是一種主要由木葡糖醋桿菌合成的具有高附加值的生物基高分子材料。它具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的性質(zhì),在紡織等眾多行業(yè)領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。如能有效降低BNC的生產(chǎn)價(jià)格,相關(guān)產(chǎn)品將有望進(jìn)入人們的日常生活及眾多工業(yè)領(lǐng)域。但是,現(xiàn)今BNC過(guò)高的價(jià)格限制了其廣泛應(yīng)用。過(guò)高價(jià)格主要與以下幾個(gè)因素有關(guān):生產(chǎn)原料(主要是碳源)價(jià)格高、生產(chǎn)規(guī)模小、勞動(dòng)強(qiáng)度高、以及BNC產(chǎn)率/得率低下。此外,現(xiàn)有工廠通過(guò)靜置培養(yǎng)生產(chǎn)的BNC質(zhì)量參差不齊且不易調(diào)控,這也限制了其作為材料的應(yīng)用。為了解決BNC價(jià)格過(guò)高及結(jié)構(gòu)性質(zhì)難調(diào)控的問(wèn)題,本論文圍繞優(yōu)質(zhì)BNC的規(guī)�；咝a(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)從以下三個(gè)方面開(kāi)展研究:開(kāi)發(fā)以農(nóng)業(yè)廢棄物甜高粱稈為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)BNC的技術(shù)以解決工業(yè)規(guī)模制備時(shí)原料成本問(wèn)題;研究發(fā)酵過(guò)程工藝以獲得提升BNC產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的調(diào)控規(guī)律;研究絮狀及膜狀BNC材料的中試規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程放大,以促進(jìn)BNC的生產(chǎn)。1.開(kāi)發(fā)離子液體預(yù)處理甜高粱稈(Sweet sorghum bagasse,SSB)以用于BNC生產(chǎn)的技術(shù)并研究相關(guān)過(guò)程機(jī)理。(1)探討了六種可高效溶...

【文章頁(yè)數(shù)】：174 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 細(xì)菌納米纖維素BNC的生物合成
    1.3 BNC的生物煉制技術(shù)
        1.3.1 BNC的相關(guān)生產(chǎn)原料
        1.3.2 木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)
    1.4 BNC發(fā)酵工藝的研究
        1.4.1 菌種
        1.4.2 培養(yǎng)基組分對(duì)BNC合成的影響
        1.4.3 其他因素對(duì)BNC合成的影響
    1.5 生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及BNC的生產(chǎn)放大
        1.5.1 傳統(tǒng)生物反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)造對(duì)BNC合成的影響
        1.5.2 新型BNC反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用
        1.5.3 BNC發(fā)酵放大研究
    1.6 BNC生產(chǎn)中存在的問(wèn)題
    1.7 本論文主要研究?jī)?nèi)容
    參考文獻(xiàn)
2 甜高粱稈為廉價(jià)原料生產(chǎn)BNC的技術(shù)研發(fā)
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
        2.2.3 研究技術(shù)路線
        2.2.4 六種IL性能比較及預(yù)處理SSB用于生產(chǎn)BNC
            2.2.4.1 六種IL的Kamlet-Taft參數(shù)與粘度測(cè)定
            2.2.4.2 六種IL對(duì)纖維素酶抑制性的研究
            2.2.4.3 六種IL對(duì)BNC合成抑制性的研究
            2.2.4.4 六種IL對(duì)脫脂棉纖維溶解度的研究
            2.2.4.5 再生棉纖維的酶解
            2.2.4.6 SSB中水分、纖維素及綜纖維素含量的測(cè)定
            2.2.4.7 SSB的IL預(yù)處理
            2.2.4.8 預(yù)處理及再生后SSB的酶解
            2.2.4.9 SSB水解液制備BNC的比較
        2.2.5 稀酸及離子液體[EMIM]Fmt預(yù)處理對(duì)SSB結(jié)構(gòu)及糖化的不同影響
            2.2.5.1 水熱反應(yīng)釜中稀酸預(yù)處理SSB的優(yōu)化
            2.2.5.2 SSB的稀酸預(yù)處理和IL預(yù)處理
            2.2.5.3 預(yù)處理后再生SSB的洗滌
            2.2.5.4 SSB成分分析
            2.2.5.5 SSB的表征
            2.2.5.6 SSB的酶解與水解液成分分析
            2.2.5.7 水解剩余物的洗滌與成分分析
        2.2.6 兩種方式預(yù)處理的SSB的水解液對(duì)BNC產(chǎn)量與結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響
            2.2.6.1 培養(yǎng)基的制備與接種
            2.2.6.2 SSB水解液中BNC的生產(chǎn)、純化與凍干
            2.2.6.3 發(fā)酵液中多種糖與糖酸的分析
            2.2.6.4 BNC的表征
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 六種IL性能測(cè)定及預(yù)處理SSB用于生產(chǎn)BNC
            2.3.1.1 六種ILKamlet-Taft系數(shù)及粘度的測(cè)定
            2.3.1.2 六種IL對(duì)纖維素酶酶活的影響
            2.3.1.3 六種IL對(duì)BNC合成的影響
            2.3.1.4 六種IL對(duì)脫脂棉纖維的溶解度的影響
            2.3.1.5 六種IL及溶解溫度對(duì)棉纖維水解的影響
            2.3.1.6 IL預(yù)處理SSB的比較
            2.3.1.7 不同SSB水解液制備BNC的比較
        2.3.2 稀酸及[EMIM]Fmt預(yù)處理對(duì)SSB結(jié)構(gòu)及糖化的不同影響
            2.3.2.1 兩種預(yù)處理方式對(duì)SSB組成成分的影響
            2.3.2.2 兩種預(yù)處理方式對(duì)SSB微觀形貌的影響
            2.3.2.3 SSB的FTIR分析
            2.3.2.4 SSB的XRD分析
            2.3.2.5 SSB的BET比表面分析
            2.3.2.6 兩種預(yù)處理方式對(duì)SSB水解的影響
            2.3.2.7 SSB水解剩余固相成分分析
        2.3.3 兩種方式預(yù)處理的SSB的水解液對(duì)BNC生產(chǎn)與結(jié)構(gòu)性能的影響
            2.3.3.1 兩種預(yù)處理方式的SSB酶解液制備BNC的過(guò)程比較
            2.3.3.2 BNC的形態(tài)
            2.3.3.3 BNC的紅外光譜分析
            2.3.3.4 BNC的粘均聚合度
            2.3.3.5 BNC的XRD圖譜
            2.3.3.6 BNC的熱重分析
            2.3.3.7 BNC水凝膠的拉伸性能
    2.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
3 關(guān)鍵發(fā)酵因素對(duì)BNC產(chǎn)量和性質(zhì)的影響
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
        3.2.3 研究技術(shù)路線
        3.2.4 不同糖類碳源對(duì)BNC生產(chǎn)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響
            3.2.4.1 培養(yǎng)基
            3.2.4.2 種子制備與接種
            3.2.4.3 不同碳源培養(yǎng)基中BNC的制備
            3.2.4.4 糖濃測(cè)定
            3.2.4.5 產(chǎn)自八種碳源的BNC的表征
        3.2.5 不同菌株及培養(yǎng)方式對(duì)BNC生產(chǎn)與結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響
            3.2.5.1 菌株
            3.2.5.2 培養(yǎng)基
            3.2.5.3 不同菌株BNC產(chǎn)率及得率的比較
            3.2.5.4 葡萄糖、葡萄糖酸及酮基葡萄糖酸的測(cè)定
            3.2.5.5 用于比較結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的BNC的制備
            3.2.5.6 BNC結(jié)構(gòu)與性能表征
            3.2.5.7 BNC紙片的抄造及力學(xué)性能測(cè)定
        3.2.6 攪拌槳型對(duì)攪拌發(fā)酵中BNC生產(chǎn)的影響
            3.2.6.1 反應(yīng)器與攪拌槳
            3.2.6.2 菌種與培養(yǎng)基
            3.2.6.3 攪拌槳型對(duì)BNC生產(chǎn)的影響
            3.2.6.4 計(jì)量BNC干重及測(cè)定發(fā)酵液殘?zhí)呛?br>            3.2.6.5 體積氧傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)量
            3.2.6.6 計(jì)算流體力學(xué)建模
            3.2.6.7 計(jì)算流體力學(xué)模擬控制方程
            3.2.6.8 BNC的表征
        3.2.7 攪拌罐中轉(zhuǎn)速、通氣及pH對(duì)BNC生產(chǎn)的影響
            3.2.7.1 菌種與材料
            3.2.7.2 培養(yǎng)基
            3.2.7.3 種子制備與接種
            3.2.7.4 造紙廢纖維水解液作碳源生產(chǎn)BNC
            3.2.7.5 攪拌罐中發(fā)酵條件的優(yōu)化
            3.2.7.6 葡萄糖濃度測(cè)定
            3.2.7.7 BNC粘均聚合度的測(cè)定
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 八種源自生物質(zhì)的糖類碳源對(duì)BNC產(chǎn)量及性質(zhì)的影響
            3.3.1.1 八種碳源產(chǎn)BNC過(guò)程比較
            3.3.1.2 BNC的形貌
            3.3.1.3 BNC的紅外光譜分析
            3.3.1.4 BNC的粘均分子量
            3.3.1.5 BNC的XRD圖譜
            3.3.1.6 BNC的熱重分析
        3.3.2 不同菌株及培養(yǎng)方式對(duì)BNC生產(chǎn)的影響
            3.3.2.1 四個(gè)菌株在兩種培養(yǎng)方式下BNC生產(chǎn)規(guī)律的比較
            3.3.2.2 BNC表面形貌和纖維直徑比較
            3.3.2.3 BNC的紅外光譜
            3.3.2.4 BNC的粘均聚合度
            3.3.2.5 BNC的XRD圖譜
            3.3.2.6 BNC的機(jī)械性能
        3.3.3 不同攪拌槳型對(duì)BNC生產(chǎn)的影響
            3.3.3.1 攪拌轉(zhuǎn)速的優(yōu)化
            3.3.3.2 比較不同攪拌槳對(duì)BNC生產(chǎn)的提影響
            3.3.3.3 不同攪拌槳對(duì)體積氧傳質(zhì)系數(shù)的影響
            3.3.3.4 不同攪拌槳時(shí)STR內(nèi)CFD模擬
            3.3.3.5 BNC的表征
        3.3.4 STR中其它發(fā)酵條件對(duì)BNC產(chǎn)量及聚合度影響的研究
            3.3.4.1 造紙廢纖維的酶解液產(chǎn)BNC的可行性研究
            3.3.4.2 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)STR中BNC生產(chǎn)的影響
            3.3.4.3 通氣量對(duì)STR中BNC生產(chǎn)的影響
            3.3.4.4 pH調(diào)控對(duì)STR中BNC生產(chǎn)的影響
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
4 細(xì)菌納米纖維素的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)放大及性能表征
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
        4.2.3 研究技術(shù)路線
        4.2.4 攪拌罐中絮狀BNC的生產(chǎn)放大
            4.2.4.1 菌種
            4.2.4.2 培養(yǎng)基
            4.2.4.3 種子的制備與接種
            4.2.4.4 不同菌株在250mL搖瓶中生產(chǎn)BNC的比較
            4.2.4.5 在400mLSTR中生產(chǎn)BNC
            4.2.4.6 在75LSTR中生產(chǎn)BNC
            4.2.4.7 BNC的洗滌與稱重
            4.2.4.8 葡萄糖濃度的測(cè)定
            4.2.4.9 制備BNC純樣以用于測(cè)定其結(jié)構(gòu)性質(zhì)
            4.2.4.10 BNC結(jié)構(gòu)與性能表征
        4.2.5 在30L水平轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器上BNC膜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)放大
            4.2.5.1 反應(yīng)器
            4.2.5.2 培養(yǎng)基
            4.2.5.3 種子的制備與接種
            4.2.5.4 淺盤(pán)中BNC的生產(chǎn)
            4.2.5.5 水平轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器中BNC的生產(chǎn)
            4.2.5.6 葡萄糖濃度、菌體濃度以及BNC產(chǎn)率/得率的測(cè)定
            4.2.5.7 BNC的純化以用于結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析
            4.2.5.8 BNC的表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 攪拌罐中絮狀BNC的生產(chǎn)放大研究
            4.3.1.1 不同菌株BNC生產(chǎn)情況比較
            4.3.1.2 在400mLSTR中生產(chǎn)BNC
            4.3.1.3 在75LSTR中生產(chǎn)BNC
            4.3.1.4 BNC在放大生產(chǎn)過(guò)程中表面形態(tài)的變化
            4.3.1.5 BNC在放大生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變化
            4.3.1.6 BNC在放大生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械性能的變化
        4.3.2 BNC膜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)及放大研究
            4.3.2.1 淺盤(pán)及水平轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器中BNC生產(chǎn)的比較
            4.3.2.2 BNC的形態(tài)
            4.3.2.3 BNC的紅外光譜
            4.3.2.4 BNC的粘均聚合度
            4.3.2.5 BNC水凝膠膜的厚度及含水率
            4.3.2.6 BNC水凝膠膜的紫外-可見(jiàn)光透過(guò)性
            4.3.2.7 BNC水凝膠膜的拉伸強(qiáng)度
            4.3.2.8 BNC水凝膠膜的壓縮性能
            4.3.2.9 BNC氣凝膠膜的外觀、密度及孔隙率
            4.3.2.10 BNC氣凝膠膜的XRD分析
            4.3.2.11 BNC氣凝膠膜的BET測(cè)試
            4.3.2.12 BNC氣凝膠膜的熱導(dǎo)率
            4.3.2.13 BNC氣凝膠膜的熱穩(wěn)定性
            4.3.2.14 BNC氣凝膠膜的壓縮性質(zhì)
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
5 總結(jié)與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
博士期間研究成果
致謝
英文縮寫(xiě)附錄



本文編號(hào)：3777806