我國玉米秸稈年產(chǎn)量高達1.7億噸,但是利用率很低,相當數(shù)量的秸稈被焚燒,造成了嚴重的環(huán)境污染。玉米秸稈的主要成分木質(zhì)纖維素可轉(zhuǎn)化為多種化工產(chǎn)品如丁二酸等,轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟是將木質(zhì)纖維素酶解為可發(fā)酵糖。然而,木質(zhì)纖維素由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素交聯(lián)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)緊密,要想得到高糖濃度酶解液需要對其進行預處理,以增加酶分子和纖維素的接觸面積,提高酶解率。目前,整個工藝中存在預處理效果不明顯、容易生成發(fā)酵抑制物、酶成本偏高、微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化率較低等問題,嚴重影響了木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化的工業(yè)化進程,而含硫酸根的預處理廢液和發(fā)酵廢液也需要處理。本論文旨在通過優(yōu)化預處理、酶解、丁二酸發(fā)酵過程和微生物脫硫工藝等,達到提高酶解率、提高丁二酸產(chǎn)量和無污染高效脫除硫酸根的目標。首先,建立了玉米秸稈高溫水熱預處理(HCW)方法。掃描電鏡(SEM)檢測發(fā)現(xiàn),該方法能夠有效破壞秸稈木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)；加入少量硫酸銨,能更有效地破壞含有大量木質(zhì)素的內(nèi)層結(jié)構(gòu),使得纖維素結(jié)晶區(qū)域充分暴露,有利于與纖維素酶的結(jié)合。HCW預處理前后秸稈組成分析表明,90%以上半纖維素被去除,而纖維素不被降解。優(yōu)化了HCW預處理過程,確定的最佳固液比為1...

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻綜述
    1.1 玉米秸稈預處理方法及酶解機理
        1.1.1 木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及特性
        1.1.2 影響酶解效果的阻礙因素
        1.1.3 玉米秸稈預處理工藝
            1.1.3.1 木質(zhì)纖維素簡單預處理工藝
            1.1.3.2 木質(zhì)纖維素復合預處理工藝
    1.2 纖維素酶水解機理
        1.2.1 酶組分間的協(xié)同作用
        1.2.2 纖維素酶的來源
    1.3 秸稈酶解液發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸
        1.3.1 發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸
        1.3.2 產(chǎn)丁二酸微生物
        1.3.3 玉米秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)丁二酸
    1.4 硫酸鹽還原菌及其在發(fā)酵廢水處理中的應用
        1.4.1 硫酸鹽還原菌生物代謝過程
        1.4.2 SRB生物學分類
        1.4.3 影響SRB代謝的生態(tài)因子
        1.4.4 硫酸鹽還原菌處理秸稈預處理酶解液發(fā)酵廢水
    1.5 目前存在的問題與本論文研究思路
        1.5.1 存在的問題
        1.5.2 本論文的思路
2 高溫水熱預處理對秸稈結(jié)構(gòu)和組成的影響
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 秸稈機械破碎及干燥預處理
        2.2.2 HCW預處理實驗設備、試劑及方法
        2.2.3 SEM掃描電鏡樣品準備及操作步驟
        2.2.4 高溫水熱預處理條件實驗
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 SEM電鏡觀察機械破碎預處理對細胞壁組織影響
        2.3.2 HCW預處理對底物化學組成變化影響
        2.3.3 SEM掃描電鏡觀察HCW預處理對秸稈細胞壁組織微觀結(jié)構(gòu)影響
        2.3.4 HCW預處理條件優(yōu)化
        2.3.5 HCW預處理過程中發(fā)酵抑制物生成量
        2.3.6 HCW預處理過程中底物水溶性糖濃度變化
    2.4 本章小結(jié)
3 高溫水熱預處理玉米秸稈酶解過程研究
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 材料及主要儀器
        3.2.2 纖維素酶解所采用預處理秸稈
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 預處理溫度對酶解率影響
        3.3.2 底物攪拌/未攪拌對酶解率影響
        3.3.3 預處理時間對酶解率影響
        3.3.4 固液比對酶解率影響
        3.3.5 分批補料方式對酶解率影響
    3.4 本章小結(jié)
4 秸稈酶解液厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸過程研究
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 材料及主要儀器
        4.2.2 菌種
        4.2.3 種子培養(yǎng)基
        4.2.4 發(fā)酵培養(yǎng)基
        4.2.5 厭氧瓶發(fā)酵條件
        4.2.6 攪拌罐厭氧發(fā)酵條件
        4.2.7 發(fā)酵產(chǎn)物分析
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 碳源對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.2 初糖濃度對A.succinogenes BE-1厭氧瓶發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.3 培養(yǎng)基碳氮比對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.4 氮源對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.5 Bio-oil對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.6 初糖濃度對A.succinogenes BE-1攪拌罐厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.7 pH對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.8 pH控制方式對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.9 離子濃度對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.10 pH調(diào)控方式對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵丁二酸的代謝通量分析
        4.3.11 補料策略對A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
    4.4 本章小結(jié)
5 硫酸鹽還原菌(SRB)的篩選及脫硫條件優(yōu)化
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
        5.2.1 富集培養(yǎng)基
        5.2.2 脫硫培養(yǎng)基
        5.2.3 菌種富集與分離方法
        5.2.4 16S rDNA測序分析與Biolog分析
        5.2.5 SEM掃描電鏡樣品準備及操作步驟
        5.2.6 檢測分析方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 菌體富集及SEM電鏡觀察形態(tài)特征
        5.3.2 16S rDNA基因序列分析及生化特征鑒定
        5.3.3 Citrobacter sp.HCSR的脂肪酸分析
        5.3.4 Citrobacter sp.HCSR的BIOLOG分析
        5.3.5 初始硫酸根濃度對Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.6 pH及ORP對Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.7 通氣條件下對Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.8 好氧-厭氧雙階段培養(yǎng)對Citrobacter sp.HCSR生長、pH及脫硫影響
    5.4 本章小結(jié)
6 納米磁顆粒固定化SRB應用于丁二酸發(fā)酵廢液處理研究
    6.1 引言
    6.2 材料與方法
        6.2.1 材料與主要儀器
        6.2.2 磁性SiO₂納米顆粒制備
        6.2.3 磁性SiO₂納米顆粒表面硅烷化處理
        6.2.4 載體活化及對SRB細胞固定化
        6.2.5 固定化SRB細胞應用于丁二酸發(fā)酵廢液脫硫
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 磁性納米SiO₂顆粒的制備及SEM電鏡觀察
        6.3.2 磁性納米SiO₂顆粒固定化SRB細胞SEM觀察
        6.3.3 磁性納米SiO₂顆粒固定化前后對SRB脫硫影響
        6.3.4 SiO₂/Fe₃O₄包覆比例對MNPs固定化SRB細胞脫硫影響
        6.3.5 MNPs固定化SRB細胞重復脫硫
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 本論文主要結(jié)論
    7.2 本論文主要創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
參考文獻
附錄
個人簡歷及發(fā)表文章專利
致謝



本文編號：3963208