發(fā)布時(shí)間：2020-05-28 05:06

【摘要】：劍麻渣是劍麻纖維工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物,主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠共同組成,擁有豐富的可發(fā)酵糖。開展劍麻渣綜合利用,對(duì)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源高值化利用與減少環(huán)境污染具有積極意義。由于劍麻木質(zhì)纖維自身結(jié)構(gòu)的特殊性阻礙了可發(fā)酵糖的酶解轉(zhuǎn)化,需要采取有效的方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。本文提出一種基于紫外光催化過氧化氫氧化預(yù)處理(UV photocatalysis and hydrogen peroxide pretreatment,簡(jiǎn)稱UHP)的高級(jí)氧化方法,研究UHP對(duì)劍麻渣中木質(zhì)素脫除及其酶解轉(zhuǎn)化的影響,并在此基礎(chǔ)上對(duì)預(yù)處理后的劍麻固體殘?jiān)械闹饕M分進(jìn)行分級(jí)與鑒定,由此推測(cè)UHP預(yù)處理劍麻渣的機(jī)理;同時(shí)分析UHP預(yù)處理液中的主要降解產(chǎn)物,并評(píng)價(jià)其抗氧化活性;而后針對(duì)UHP劍麻固體殘?jiān)Y(jié)晶度升高的問題,將UHP與離子液體預(yù)處理結(jié)合(簡(jiǎn)稱UHP+IL)強(qiáng)化劍麻渣的酶解轉(zhuǎn)化過程。主要內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)UHP預(yù)處理劍麻渣的工藝研究。UHP預(yù)處理單因素研究表明,H_2O_2添加量與預(yù)處理時(shí)間是影響預(yù)處理效果的關(guān)鍵因素,確定了UHP預(yù)處理劍麻渣的最佳工藝條件,即H_2O_2添加量0.1 g/g,pH 10.0,紫外光照6 h,在最佳預(yù)處理?xiàng)l件下,劍麻渣木質(zhì)素去除率為76.6%,酶解后還原糖與葡萄糖轉(zhuǎn)化率分別為71.2%和91.6%。與常用的堿性過氧化氫預(yù)處理方法相比,UHP預(yù)處理劍麻渣的木質(zhì)素去除率提高39.8%,經(jīng)UHP預(yù)處理后,劍麻渣的還原糖與葡萄糖轉(zhuǎn)化率分別提高36.7%與21.6%,且H_2O_2用量減少近80%,預(yù)處理時(shí)間縮短近30%�；瘜W(xué)組成與SEM分析表明,UHP處理劍麻木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞,木質(zhì)素-纖維素比例降低,這有利于后續(xù)的酶解;另一方面,XRD分析發(fā)現(xiàn)UHP預(yù)處理后的固體殘?jiān)慕Y(jié)晶度提高。(2)UHP預(yù)處理劍麻固體殘?jiān)慕M分分級(jí)與結(jié)構(gòu)鑒定。根據(jù)UHP預(yù)處理過程中各組分含量變化和結(jié)構(gòu)分析,推測(cè)了UHP預(yù)處理劍麻的機(jī)理:H_2O_2在UV激發(fā)下產(chǎn)生羥自由基,并形成自由基鏈鎖反應(yīng),通過自由基的高級(jí)氧化作用,依次降解劍麻木質(zhì)纖維外層包裹的木質(zhì)素和內(nèi)層的果膠、半纖維素、纖維素,形成松散的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。UHP預(yù)處理劍麻固體殘?jiān)?jīng)過堿處理分級(jí)回收,得到的纖維素組分呈纖維素I型結(jié)構(gòu)且結(jié)晶度更高,半纖維素組分為含有α-L-呋喃式阿拉伯糖及葡萄糖醛酸側(cè)鏈的4-O-甲基-D-葡萄糖木糖,木質(zhì)素組分為愈創(chuàng)木基-紫丁香基-對(duì)羥苯基型木質(zhì)素,且含有高濃度的阿魏酸及對(duì)香豆酸。(3)劍麻渣UHP預(yù)處理液的組分分析與抗氧化活性研究。預(yù)處理液的組成主要包括由半纖維和纖維素氧化降解得到的低聚糖與葡萄糖、木糖等單糖組分以及由木質(zhì)素氧化降解得到的酚及其衍生物,降解產(chǎn)物含量隨H_2O_2添加量的增加和預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。H_2O_2添加量0.5 g/g時(shí)預(yù)處理液的抗氧化活性相對(duì)較強(qiáng),總還原力及對(duì)ABTS自由基、羥自由基清除作用的EC_(50)值分別為2.02 mg/mL、0.45 mg/mL和0.10 mg/mL,Pearson相關(guān)性分析顯示,預(yù)處理液的抗氧化能力與其中的低聚糖和總酚含量具有顯著相關(guān)性。(4)離子液體預(yù)處理強(qiáng)化UHP劍麻固體殘?jiān)附馓腔^程的研究。為進(jìn)一步促進(jìn)劍麻固體殘?jiān)附?提出了離子液預(yù)處理強(qiáng)化UHP劍麻固體殘?jiān)附獾墓に?簡(jiǎn)稱UHP+IL。確定了最佳的離子液體預(yù)處理工藝參數(shù),即添加[TBA][OH]離子液20 mL/g,60℃,400 W超聲功率下超聲反應(yīng)40 min,在此條件下得到的劍麻渣酶解還原糖轉(zhuǎn)化率為88.8%;經(jīng)酶解條件優(yōu)化,纖維素酶添加量為10 FPU/g,酶解時(shí)間為36 h,相較于UHP預(yù)處理后的劍麻固體殘?jiān)附?纖維素酶用量與酶解時(shí)間均下降50%;酶解動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn),與UHP劍麻固體殘?jiān)啾?UHP+IL預(yù)處理后的劍麻渣酶解速率常數(shù)k值更高,米氏常數(shù)K_M值更低。XRD,FT-IR與SEM分析表明,UHP+IL技術(shù)通過高效脫除木質(zhì)素和對(duì)纖維素的消晶作用促進(jìn)劍麻渣的酶解轉(zhuǎn)化。
【圖文】：

研究技術(shù)路線

16器裝置圖：1.冷阱；2.汞燈；3.濾光片；4.石英玻璃套管；5.溫度檢7.磁力攪拌器；8.電源；9.汞燈插頭atic presentation of the photo-catalytic reactor used in this work. 1. c 4. quartz glass sleeves; 5. temperature detector; 6. reaction tube; 7. mpower; and 9. Hg lamps plug
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS109

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 羅影齡;薛智權(quán);易煒林;張飛;馬炯;;離子液體預(yù)處理生物質(zhì)提高糖化產(chǎn)率[J];應(yīng)用化學(xué);2014年01期

2 周寅;張夢(mèng)宇;白楊;賈桂云;;劍麻皂素的分離純化工藝研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年08期

3 王桂林,馬俊華;光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J];環(huán)境技術(shù);2003年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張春艷;輻照預(yù)處理對(duì)油菜秸稈降解產(chǎn)糖效果的影響及機(jī)理研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：2684758