【摘要】：利用木質(zhì)纖維原料可持續(xù)的生產(chǎn)燃料乙醇是替代化石燃料的最合適途徑之一，而原料的預(yù)處理是原料實際轉(zhuǎn)化過程中的一個關(guān)鍵步驟。研究和優(yōu)化預(yù)處理工藝對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 在本研究中，綜合考慮現(xiàn)有的蒸氣爆破和微波輻射預(yù)處理各自的特點，為獲得更高的酶解率和糖產(chǎn)率，提出了一種新型預(yù)處理工藝—蒸汽爆破-微波輻射(SE-MI)聯(lián)合預(yù)處理工藝，利用其處理玉米秸稈并進行了較為系統(tǒng)的研究和優(yōu)化。 論文首先建立了一套蒸氣爆破-微波輻射預(yù)處理裝置，并對預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力、水蒸氣流速和微波輻射強度進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明微波饋口處的溫度和輻射強度均較高，15L反應(yīng)器中物料處理量的合適范圍為100~400g。 與蒸氣爆破預(yù)處理的對比試驗研究表明，物料經(jīng)蒸氣爆破-微波輻射預(yù)處理后，酶解率大幅提高，但由于固體產(chǎn)率有所降低，因此總糖產(chǎn)率只略有提高。當(dāng)反應(yīng)溫度為170℃和190℃，反應(yīng)時間5min時，物料的總糖產(chǎn)率分別增加了1.58g/100g總糖和1.66g/100g總糖，達到52.34g/100g總糖和69.95g/100g總糖。 適當(dāng)增加反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間可以顯著提高蒸氣爆破-微波輻射預(yù)處理的效果。當(dāng)反應(yīng)溫度190℃、反應(yīng)時間10min，或反應(yīng)溫度200℃、反應(yīng)時間5min時，總糖產(chǎn)率較大，分別達到74.64g/100g總糖和75.25g/100g總糖。 微波輻射對物料具有顯著的去晶化作用，但對物料酶解率和糖產(chǎn)率的提高不顯著。與無微波作用的預(yù)處理物料相比，物料在微波作用下其結(jié)晶度大幅降低了15.6~19.9%，，達到37.7~42.0%。在較高反應(yīng)溫度下結(jié)晶度的降低更顯著。因此綜合考慮糖產(chǎn)率和能耗，采用較低的微波功率和較短的微波輻射時間較為合適。 反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和物料處理量對預(yù)處理的影響最為顯著。通過正交實驗得到最優(yōu)預(yù)處理條件為：物料粒徑1~6mm、物料含水量20%、反應(yīng)溫度200℃、反應(yīng)時間5min、微波功率540W、微波輻射時間1min、物料處理量200g（在15L反應(yīng)器中）。在此條件下，總糖產(chǎn)率為81.31g/100g總糖，纖維素酶適用的最小酶載荷為15FPU/g葡聚糖。這一結(jié)果雖低于當(dāng)前較常用的酸催化汽爆工藝預(yù)處理玉米秸稈的最大總糖產(chǎn)率，但由于無需加入SO_2或硫酸等酸催化劑，因此在環(huán)保、操作和成本上更具競爭力。
【圖文】：

由中國科學(xué)院(CAS)、山東省和青島市政府聯(lián)合投資能源與過程研究所(QIBEBT)，其啟動資金達3.5億元6.5公頃土地[5]。QIBEBT主要從事可持續(xù)生物能源的濟發(fā)展、減少對化石燃料的依賴、保護環(huán)境、刺激當(dāng)纖維原料的組成和結(jié)構(gòu)示為木質(zhì)纖維原料的結(jié)構(gòu)示意圖。木質(zhì)纖維原料主要維素和木質(zhì)素三類聚合物組成[7]，此外還含有少量的[8]。對于不同種類的植物，這些成分的組成比例也不維原料的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組分占物料干有較多的纖維素，而麥稈和玉米秸稈含有較多的半纖著其年齡、生長階段和其它條件的變化，各成分的比

松木b46.4 8.8 29.4白楊木b49.9 17.4 18.1麥稈b38.2 21.2 23.4柳枝稷b31.0 20.4 17.6辦公用紙b68.6 12.4 11.3：由于次要組分未列出，因此數(shù)據(jù)相加不等于 100%；a還包括 23.7%的淀粉干重；b數(shù)據(jù)來源于 Wiselogel 等[11]。.1.1.1 纖維素纖維素由 D-葡萄糖單元通過 β-1,4 糖苷鍵連接而成。植物中的纖維素包含結(jié)晶（有序）結(jié)構(gòu)和無定形（無序）結(jié)構(gòu)。纖維素鏈結(jié)合形成相互獨立并通過弱氫鍵結(jié)合的纖維素纖維，也稱纖維素束[12]。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 黃儒強,芮漢明,曾慶孝;爆裂玉米與普通玉米微波真空膨化特性比較[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年01期

2 王X;蔣建新;宋先亮;;蒸汽爆破預(yù)處理木質(zhì)纖維素及其生物轉(zhuǎn)化研究進展[J];生物質(zhì)化學(xué)工程;2006年06期

本文編號：2593878