【摘要】：石油、煤炭等傳統(tǒng)能源日益枯竭，且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。利用豐富而廉價(jià)的木質(zhì)纖維素資源生產(chǎn)生物乙醇能夠緩解人類所面臨的能源與環(huán)境危機(jī)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的意義。本文對(duì)玉米芯轉(zhuǎn)化為生物乙醇過程中的預(yù)處理以及同步糖化發(fā)酵等問題進(jìn)行了研究。 研究了120C條件下玉米芯在HNO_3，HCl和HNO_3/HCl (1:1)溶液中的水解情況。結(jié)果表明，在相同條件下，HCl催化水解玉米芯生產(chǎn)木糖的能力大于HNO_3，但HNO_3催化能產(chǎn)生較少的糠醛，并且對(duì)木質(zhì)素的去除作用要強(qiáng)于HCl。綜合考慮木糖產(chǎn)率、抑制劑的濃度、木質(zhì)素的去除率和試劑的價(jià)格等因素，發(fā)現(xiàn)HNO_3/HCl最適合用來處理玉米芯。對(duì)預(yù)處理前后的玉米芯在150g/L底物濃度條件下進(jìn)行同步糖化發(fā)酵。結(jié)果表明，未經(jīng)過預(yù)處理的玉米芯經(jīng)發(fā)酵后乙醇的產(chǎn)率為48.8%，預(yù)處理后，乙醇產(chǎn)率增加到61.9%，相應(yīng)的發(fā)酵液中乙醇的濃度由15.8g/L增加到38.1g/L，增加了大約1.4倍。 研究了HNO_3/HCl在不同配比(3:1，2:1，1:1，1:2和1:3)下協(xié)同催化玉米芯水解的情況。結(jié)果表明，兩種酸的比例為1:1(HNO_3和HCl的重量比)時(shí)，催化效果最好。在此基礎(chǔ)上，利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)水解條件進(jìn)行了優(yōu)化，考察了反應(yīng)溫度(90C，120C，150C)，反應(yīng)時(shí)間(30min，60min，80min)和固含量(5%，10%，15%)對(duì)玉米芯水解效果的影響。得出最佳的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度120C，反應(yīng)時(shí)間30min，固含量15%，在該條件下，液相中木糖的產(chǎn)率為81.1%，相應(yīng)的木糖濃度為55.7g/L；固相中纖維素含量增加到63.4%，比原料中纖維素的含量提高了25.3%。 將經(jīng)過預(yù)處理的玉米芯作為同步糖化發(fā)酵的底物，考察了底物濃度、發(fā)酵溫度、起始pH、酶添加量、接種量對(duì)同步糖化發(fā)酵的影響。結(jié)果表明，同步糖化發(fā)酵合適的底物濃度為150g/L，在37C，pH5.0，纖維素酶用量為30FPU/g底物，酵母接種量為10%(w/v)，發(fā)酵周期為72h的條件下，乙醇的產(chǎn)率可達(dá)到76.8%，所得乙醇溶液的濃度為41.4g/L。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：S216.2;X38
【圖文】：

植物細(xì)胞壁構(gòu)成示意圖

圖 1-3 纖維素分子結(jié)構(gòu)式Fig. 1-3 Structure of cellulose由圖1-3可以看出，纖維素大分子一端為非還原性端基，一端為還原性端基，開環(huán)形成醛基，整個(gè)大分子具有極性并具有方向性。纖維素大分子之間，纖維素和水分子之間以及纖維素大分子內(nèi)部都可以形成氫鍵。在這些氫鍵的作用下，纖維素的分子長(zhǎng)鏈能形成纖維素束。纖維素是由結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)組成的結(jié)構(gòu)。根據(jù)研究，結(jié)晶區(qū)的分子排列比較整齊、有規(guī)則，分子間通過大量氫鍵連接在一起，這就使得纖維素的性質(zhì)非常穩(wěn)定，只有在比較劇烈的反應(yīng)條件下才能發(fā)生水解反應(yīng)，且反應(yīng)速率較慢。無定形區(qū)的分子排列不整齊、較松弛、分子間氫鍵結(jié)合數(shù)量少，水解反應(yīng)的條件比較溫和且反應(yīng)速率較快。因此

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張曉燕;趙廣杰;;蒸汽爆破預(yù)處理桉木的形態(tài)結(jié)構(gòu)與主化學(xué)成分變化[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

2 倪天茹;陶玲;任s

本文編號(hào)：2728765