【摘要】：高效和綠色的技術(shù)工藝的需求促使水熱處理成為可持續(xù)的生物質(zhì)煉制工業(yè)中一種理想的處理方式。這種處理方式已經(jīng)用于處理多種生物質(zhì)的研究,在這個(gè)過程中產(chǎn)生了大量的高價(jià)值的產(chǎn)物,尤其是處理后得到的液體產(chǎn)物,因此系統(tǒng)的分析和表征這些液體產(chǎn)物顯得尤為重要,其次是建立殘?jiān)M分變化與其被酶解效率之間的關(guān)系,優(yōu)化處理?xiàng)l件進(jìn)而最大化的增加殘?jiān)奶腔�。本研究中采用高溫水熱處理方�?選取了不同處理溫度(145℃,160℃,175℃,190℃和205℃)和保留時(shí)間(15 min,30 min,60 min和120 min)處理油菜桿,首先對反應(yīng)產(chǎn)生的液體產(chǎn)物進(jìn)行了詳細(xì)的分析和定量表征。結(jié)果表明,木聚糖的最佳得率條件為反應(yīng)溫度195℃,保留時(shí)間15 min;木單糖的含量最高的處理?xiàng)l件為反應(yīng)溫度175℃,保留時(shí)間120 min。液體中低聚物分子量的分析,溶解的半纖維素組分大分子隨處理強(qiáng)度增加進(jìn)一步解聚。二維核磁圖譜表明液體產(chǎn)物中主要以D-木聚糖[(1→4)-β]為主,支鏈單元有D-葡糖糖醛酸(4-O-甲基-α)、D-甘露糖基[(1→4)-β、(1→6)-α]、L-阿拉伯糖基(α)、D-干乳糖基[(1→4)-β]和少量的乙�；�;水溶木質(zhì)素的S/G值從4.60(L145-60)下降到1.77(L205-60)并伴隨著木質(zhì)素的縮合和降解。熱穩(wěn)定性分析表明液體產(chǎn)物熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。進(jìn)一步研究了處理后殘?jiān)M分與結(jié)構(gòu)變化對殘?jiān)附猱a(chǎn)糖的影響。結(jié)果表明,水熱處理可以有效的將油菜桿中的半纖維素溶出,且脫出率達(dá)95%以上,使得纖維素的含量從35.01%增加到60.08%,酸不溶木質(zhì)素含量從12.70%顯著增加到34.47%;掃描電鏡圖像顯示,殘?jiān)碛^形態(tài)被不同程度的破壞,在較高的處理?xiàng)l件下,表面出現(xiàn)大量的碎片;X射線衍射圖譜分析表明,纖維素的相對比例增加,使得油菜桿中纖維素結(jié)晶指數(shù)由28.9%增加到51.4%。殘?jiān)鼰岱�(wěn)定性增強(qiáng)從側(cè)面反應(yīng)了油菜桿中半纖維的降解;分析固體殘?jiān)募t外光譜發(fā)現(xiàn)半纖維素和木質(zhì)素對應(yīng)的特征峰分別減弱和增強(qiáng),進(jìn)一步說明水熱處理導(dǎo)致半纖維的降解和木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。酶解糖化結(jié)果表明,葡萄糖的得率隨著處理強(qiáng)度的增加而逐漸增加,在相對較低的溫度(190℃)和短的保留時(shí)間(15-30min)下達(dá)到96%-100%的高得率。本文從提高油菜桿生產(chǎn)價(jià)值角度提出水熱處理油菜桿,研究處理對得到的液體產(chǎn)物和殘?jiān)附猱a(chǎn)糖的影響,研究成果為油菜桿資源的分級利用提供了一定的理論支持。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK6;S216.2
【圖文】：

由于能源礦產(chǎn)比例的限制，我國的能源供給長期依賴煤炭量煤炭的使用勢必產(chǎn)生大量的污染物，使得近年來我國北方大部分此外，我國石油消費(fèi)中，進(jìn)口石油所占的比例已經(jīng)超過 65%（任東明勢明顯，而化工生產(chǎn)中基礎(chǔ)化學(xué)品主要源自石化資源精煉工業(yè)。開色能源和化學(xué)品供給途徑亟待進(jìn)行。生物質(zhì)資源的開發(fā)是唯一種能可持續(xù)供給的途徑，但是由于技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策機(jī)制等問題，生物度還很低。的定義很廣泛，在實(shí)際的開發(fā)利用中纖維質(zhì)生物質(zhì)是開發(fā)利用的重是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的平茬枝條、作物秸稈、果殼和林業(yè)生產(chǎn)中的業(yè)生產(chǎn)中的纖維廢棄物等富含碳水化學(xué)物的物質(zhì)�，F(xiàn)如今，我國纖一，例如，用于紙漿造紙，直接燃燒發(fā)電，少部分用作畜牧飼料，為有機(jī)肥等，大部分沒有被有效利用，這使得纖維生物質(zhì)利用價(jià)值成本的轉(zhuǎn)化工藝提高纖維生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值不僅有利于能源和化有助于纖維生物質(zhì)的高值化利用。生物質(zhì)的基本組成

有半纖維素 28~33%，纖維素 35~39%，和木質(zhì)素 12~18%（Sun R C and Tomkin00）。除去三種主要的成分，纖維生物質(zhì)中還含有少量的芳香族化合物、萜烯類、脂肪與臘、有機(jī)酸類、甾醇類和微量的無機(jī)鹽等。2.1 纖維素纖維素是自然界生產(chǎn)量和含量最為豐富的多糖類物質(zhì)，每年自然產(chǎn)量超 400Meisel C et al. 1989），是纖維質(zhì)生物質(zhì)組分的開發(fā)利用中重點(diǎn)研究的部分。纖維吡喃葡萄糖以β-1，4 糖苷鍵聯(lián)接組成的線狀高分子，在氫鍵的作用下大部分于纖質(zhì)中以晶體狀態(tài)存在，其晶型存在形式有纖維素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中天然只有纖維素Ⅰ型，其他幾種晶型都可以由Ⅰ型轉(zhuǎn)化形成（汪維云 1998；Agbo11）。纖維素的這種致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)對其后續(xù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用有很大制約。傳統(tǒng)上，用于造紙業(yè)和紡織業(yè)等，因其具有可再生性、資源分布廣泛性、基本組成單元轉(zhuǎn)多樣性等特性，使得纖維素具有很大開發(fā)應(yīng)用潛力，可以應(yīng)用于能源供應(yīng)、食品材料等行業(yè)，因而纖維素的高值化轉(zhuǎn)化得到廣泛的關(guān)注（葉代勇等 2006）。2.2 木質(zhì)素

圖 1-3 木質(zhì)素與半纖維素之間的聯(lián)接方式結(jié)Figure. 1-3 Chemical linkages between lignin and ca1.4 影響處理方式選擇的因素在選擇相對應(yīng)的處理方式時(shí)，需要考慮多種因素，如處理成率，基質(zhì)的適用性。此外，處理后的原料要適于被下游的開發(fā)工處理過程中組分的綜合利用，在提高基質(zhì)糖化效率的同時(shí)能夠得類降解產(chǎn)品，最重要的是處理的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。酶解纖維生物程，包括纖維素酶的吸附到基質(zhì)表面的過程、復(fù)合酶協(xié)同水解的釋放過程。影響酶解效率的因素有很多，總的來說可以分為基（化學(xué)組分與物理結(jié)構(gòu)）和影響纖維素酶效率的因素。這其中基率的影響較大，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的影響因素有半纖維素組分、木質(zhì)素壁內(nèi)蛋白質(zhì)組分、纖維結(jié)晶度、纖維鏈的聚合度，基質(zhì)孔體積粒大小，基質(zhì)細(xì)胞壁厚度等（McMillan et al. 1994；Chang et a苯基醚鍵苯基糖苷鍵鍵苯基酯鍵

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本文編號：2794133