農作物秸稈是十分重要的可再生能源原料。乙醇生物轉化是農作物秸稈能源化利用的重要途徑,農作物秸稈通過酶解產生單糖,然后經過微生物發(fā)酵產生生物乙醇。農作物秸稈復雜的化學組成及空間結構形成的生物抗性導致細胞壁在酶解過程中轉化為單糖的效率低、成本高。為降低農作物秸稈的生物抗性和提高酶解轉化效率,通常需要對農作物秸稈進行一定的預處理。機械粉碎預處理作為秸稈處理的第一步,已成為農作物秸稈生物能源轉化工藝中的必備操作單元。本論文針對農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)研究了不同尺度機械粉碎對農作物秸稈的微觀結構和理化性質的影響,測定了酶解效率和不同尺度機械粉碎方式的能耗,探究了不同尺度機械粉碎能耗、微觀結構和酶解效率間的量化關系。在此基礎上提出了一種機械粉碎/水熱復合預處理方式,以期能夠降低粉碎能耗同時增加轉化效率。本論文的主要結論如下:（1）細胞尺度玉米芯粉體（<50-30μm）呈現出不同于植物尺度（>1 mm）和組織尺度（500-100 μm）玉米芯粉體的微觀結構和理化性質:纖維內部孔徑暴露于粉體表面導致比表面積增大,纖維素結晶度和... 

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

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【學位級別】：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??纖維素是農作物結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??鏈結構，如圖１－３所示。纖維素中葡萄糖基的數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纖維素鏈結構??纖維素的高分子結構除了鏈結構外還包括聚集態(tài)結構。聚集態(tài)結構？般指的是高分子整體的??內部結構，包括晶體結構和取向等（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??構象，因此整條纖維素鏈呈現彎曲的螺旋結構，這也導致纖維素鏈上大貴自由羥基可以形成分子??間和分子內氫鍵結構（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)結構，一部分的??整呈Ｘ，這區(qū)，一整

半纖維素是農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）。這些單體在構成半纖維素時，一般由２－４種??結構單體構成不均一聚糖，并且半纖維素鏈帶有數量不等的支鏈結構。半纖維素并不是農作物秸??稈細胞壁中的結構多糖，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木質素??木質素在農作物秸稈中含量約為５％－２０％，木質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構的聚合物（Ｈｅｎｄｒｉｋｓ?＆?Ｚｅｅｍａｎ，?２００９）。木??質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】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3228383