農(nóng)作物秸稈是十分重要的可再生能源原料。乙醇生物轉(zhuǎn)化是農(nóng)作物秸稈能源化利用的重要途徑,農(nóng)作物秸稈通過酶解產(chǎn)生單糖,然后經(jīng)過微生物發(fā)酵產(chǎn)生生物乙醇。農(nóng)作物秸稈復(fù)雜的化學(xué)組成及空間結(jié)構(gòu)形成的生物抗性導(dǎo)致細(xì)胞壁在酶解過程中轉(zhuǎn)化為單糖的效率低、成本高。為降低農(nóng)作物秸稈的生物抗性和提高酶解轉(zhuǎn)化效率,通常需要對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行一定的預(yù)處理。機(jī)械粉碎預(yù)處理作為秸稈處理的第一步,已成為農(nóng)作物秸稈生物能源轉(zhuǎn)化工藝中的必備操作單元。本論文針對農(nóng)作物秸稈在不同尺度上的生物抗性,以玉米芯、水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈為研究對象,系統(tǒng)研究了不同尺度機(jī)械粉碎對農(nóng)作物秸稈的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響,測定了酶解效率和不同尺度機(jī)械粉碎方式的能耗,探究了不同尺度機(jī)械粉碎能耗、微觀結(jié)構(gòu)和酶解效率間的量化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出了一種機(jī)械粉碎/水熱復(fù)合預(yù)處理方式,以期能夠降低粉碎能耗同時(shí)增加轉(zhuǎn)化效率。本論文的主要結(jié)論如下:（1）細(xì)胞尺度玉米芯粉體（<50-30μm）呈現(xiàn)出不同于植物尺度（>1 mm）和組織尺度（500-100 μm）玉米芯粉體的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì):纖維內(nèi)部孔徑暴露于粉體表面導(dǎo)致比表面積增大,纖維素結(jié)晶度和... 

【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１生物乙醇制備流程（Ｒｕｂｉｎ，?２００８）??

１．２．１纖維素??纖維素是農(nóng)作物結(jié)稈中含童最多的聚合物（３０％－５０％），是由葡萄糖基通過ｐ－１，?４糖苷鍵形??成的大分子聚合物，分子式為ＣｇＨｈＯｓ—（Ｃ６Ｈｌｆｌ０５）？—Ｃ６Ｈｎ０５。纖維素鏈呈線性排列且不存在支??鏈結(jié)構(gòu)，如圖１－３所示。纖維素中葡萄糖基的數(shù)量即為纖維素的聚合度，天然存在的纖維素聚合??度一般都高于１００００，如在天然棉花中纖維素聚合度在１５０００左右（Ａｇｂｏｒ等，２０１１）。??－?〇Ｈ?］?〇Ｈ??ＯＨ?〈?ＯＨ?／??ＯＨ?０Ｈ??圖１－３纖維素鏈結(jié)構(gòu)??纖維素的高分子結(jié)構(gòu)除了鏈結(jié)構(gòu)外還包括聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)？般指的是高分子整體的??內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶體結(jié)構(gòu)和取向等（楊淑蕙，２０１１）。纖維素中的葡萄糖環(huán)是一種較為穩(wěn)定的椅式??構(gòu)象，因此整條纖維素鏈呈現(xiàn)彎曲的螺旋結(jié)構(gòu)，這也導(dǎo)致纖維素鏈上大貴自由羥基可以形成分子??間和分子內(nèi)氫鍵結(jié)構(gòu)（圖１－４）。借助Ｘ射線衍射可以清晰觀察到纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，一部分的??整呈Ｘ，這區(qū)，一整

半纖維素是農(nóng)作物秸稈中含量第二多的聚合物（２０°／。－５０％），與纖維素不同，半纖維素不是均??一聚糖，而是一些復(fù)合聚糖的總稱。組成半纖維素的單體主要有：Ｄ－木糖，Ｄ－葡萄糖，Ｄ－甘露糖，??Ｄ－半乳糖，Ｌ－阿拉伯糖和Ｄ－葡糖糖醛酸等（圖１－５）。這些單體在構(gòu)成半纖維素時(shí)，一般由２－４種??結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成不均一聚糖，并且半纖維素鏈帶有數(shù)量不等的支鏈結(jié)構(gòu)。半纖維素并不是農(nóng)作物秸??稈細(xì)胞壁中的結(jié)構(gòu)多糖，而是填充在纖維素微纖絲之間的粘合劑，聚合度（８０－１２０）要顯著小于??纖維素，因此也比纖維素更易于水解（Ａｇｂｏｒ等，２０１１）。半纖維素的去除能夠增加纖維素酶與纖??維素的接觸面積，從而提高纖維素的轉(zhuǎn)化效率。??？Ｈ?？Ｈ?ｏｈ〇ｈ??〇Ｈ?、〇Ｈ??Ｌ＞匍甸糖?ｌ＞甘露糖?Ｄ？芊乳糖??Ｈａ?＾＞ｈ??〇Ｈ?０?ＨＯ?ＯＨ??Ｌ？河拉伯糖?Ｄ－木糖?丨）？匍萄糖醛酸??圖Ｎ５半纖維素的組成單體??１．２．３木質(zhì)素??木質(zhì)素在農(nóng)作物秸稈中含量約為５％－２０％，木質(zhì)素具有苯基丙烷單位的基本骨架，其主要單??體有如下三種：①對－羥基苯基丙烷；②愈創(chuàng)木基丙烷；③紫丁香基丙烷（圖１－６）。這三種單體通??過碳氧鍵和碳碳鍵形成具有各向異性的三維立體結(jié)構(gòu)的聚合物（Ｈｅｎｄｒｉｋｓ?＆?Ｚｅｅｍａｎ，?２００９）。木??質(zhì)素在胞間層的濃度最高，在次生壁中濃度最低，但由于次生壁的厚度比胞間層和初生壁的厚度??大很多

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國農(nóng)作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀及焚燒碳排放估算[J]. 石祖梁,賈濤,王亞靜,王久臣,孫仁華,王飛,李想,畢于運(yùn).  中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃. 2017(09)
[2]機(jī)械超微粉碎與不同粒度常規(guī)粉碎對紅茶理化特性的影響[J]. 張陽,肖衛(wèi)華,紀(jì)冠亞,陳雪禮,韓魯佳,高崇風(fēng).  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016(11)
[3]玉米秸稈超微粉碎與醇解液化研究[J]. 劉歡,顧邢偉,王雪,韓魯佳,肖衛(wèi)華.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2015(11)
[4]纖維素結(jié)晶度的測定方法[J]. 馬曉娟,黃六蓮,陳禮輝,曹石林.  造紙科學(xué)與技術(shù). 2012(02)
[5]木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 張?jiān)?魏剛,張小冬,魏云鵬,喬寧.  中國農(nóng)學(xué)通報(bào). 2012(11)
[6]木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 胡秋龍,熊興耀,譚琳,蘇小軍,賀應(yīng)龍,劉祥華,易錦瓊.  中國農(nóng)學(xué)通報(bào). 2011(10)
[7]超微粉碎對小麥麩皮物理性質(zhì)的影響[J]. 王躍,李夢琴.  現(xiàn)代食品科技. 2011(03)
[8]不同粒徑脫脂米糠膳食纖維的組成成分及理化特性的研究[J]. 李倫,張暉,高云中.  糧食與飼料工業(yè). 2008(12)
[9]中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J]. 王久臣,戴林,田宜水,秦世平.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2007(09)
[10]超細(xì)粉碎對黃芪有效成分溶出的影響[J]. 陳宇紅.  寧夏醫(yī)學(xué)雜志. 2007(03)

博士論文
[1]玉米秸稈撿拾粉碎溝埋還田機(jī)研究[D]. 鄭智旗.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017
[2]可抽提物對玉米秸稈水熱預(yù)處理效果的影響研究[D]. 李梓木.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]木質(zhì)生物質(zhì)粉碎及規(guī)�；品蹤C(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究[D]. 付敏.東北林業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]立式香蕉秸稈粉碎還田機(jī)關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D]. 甘聲豹.海南大學(xué) 2015
[2]粉碎預(yù)處理對秸稈沼氣發(fā)酵浮渣形成的影響研究[D]. 熊霞.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2015
[3]水稻秸稈纖維素的純化及紡絲工藝的研究[D]. 劉詩萌.西南交通大學(xué) 2014
[4]紫外吸收光譜結(jié)合偏最小二乘法海水硝酸鹽測量技術(shù)研究[D]. 楊鵬程.國家海洋技術(shù)中心 2013



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