本文關(guān)鍵詞：有機溶劑預處理農(nóng)業(yè)廢棄物制取燃料乙醇研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：木質(zhì)纖維素是自然界中存在的極為廣泛的可再生資源,其中有大量的農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈、玉米芯等產(chǎn)生,因此農(nóng)業(yè)廢棄物的可再生利用意義巨大。玉米芯作為一種典型的農(nóng)業(yè)廢棄物,量大且價格低廉,是生產(chǎn)燃料乙醇的理想原料。本文通過對木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的整個工藝過程進行優(yōu)化,包括預處理、酶解糖化、同步糖化發(fā)酵(SSF)以及纖維素酶的固定化進行研究,來提高乙醇濃度和降低生產(chǎn)成本。預處理的實驗結(jié)果表明：硫酸-乙醇的最佳預處理條件為硫酸質(zhì)量分數(shù)2%、乙醇體積分數(shù)50%、預處理溫度120℃、預處理時間60min、固液比1：10,在此條件下預處理后的玉米芯酶解得率為68.48%。氫氧化鈉耦合乙醇預處理的最佳條件為：氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)2%、乙醇體積分數(shù)50%、預處理溫度60℃、預處理時間60min、固液比1：10,預處理后的玉米芯中纖維素含量為73.11%,木質(zhì)素含量明顯降低,木質(zhì)素的脫除率達到74.48%,玉米芯的酶解得率為77.29%,并且實驗條件較硫酸-乙醇預處理條件溫和。采用海藻酸鈉為載體、戊二醛為交聯(lián)劑制備固定化纖維素酶,探討戊二醛濃度、纖維素酶添加量、交聯(lián)時間和交聯(lián)溫度對固定化纖維素酶酶活力影響。通過對固定化纖維素酶和游離纖維素酶的性質(zhì)比較,包括最適溫度、最適pH、熱穩(wěn)定性、儲存穩(wěn)定性和重復使用穩(wěn)定性等方面,結(jié)果表明：固定化纖維素酶的最適溫度為60℃,最適pH為5.8,熱穩(wěn)定性、重復使用穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性都明顯提高。利用氫氧化鈉耦合乙醇預處理后的玉米芯進行SSF實驗,結(jié)果表明：SSF工藝的最佳條件為：底物濃度5%、纖維素酶添加量20FPU/(g玉米芯)、酵母菌接種量5%、發(fā)酵溫度38℃、發(fā)酵時間72h,在此條件下,乙醇的濃度可以達到12.93g/L,轉(zhuǎn)化率達到62.28%；SSF實驗前對原料進行預糖化可提高乙醇的生產(chǎn)能力,并且能夠明顯縮短發(fā)酵周期,預糖化12h最佳,在同步糖化發(fā)酵36h即可以達到終點,乙醇濃度達到12.97g/L；采用分批補料工藝進行高底物濃度同步糖化發(fā)酵,使得乙醇濃度能夠達到19.13g/L。在前人研究成果的基礎(chǔ)上,推導出了SSF工藝中還原糖變化的動力學方程。并利用非線性動態(tài)變化慣性權(quán)重的自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法對玉米芯SSF工藝中的菌體生長、產(chǎn)物生成以及還原糖消耗模型進行參數(shù)辨識,并對這些模型進行擬合。結(jié)果表明：模型的擬合值與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。
【關(guān)鍵詞】：木質(zhì)纖維素 預處理 固定化纖維素酶 同步糖化發(fā)酵 粒子群優(yōu)化算法
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ223.122;X71
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符號說明9-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 纖維素類農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇的意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11
• 1.3 木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)11-13
• 1.4 木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇的工藝流程13-17
• 1.5 發(fā)酵過程模擬17-18
• 1.6 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線18-20
• 第二章 玉米芯預處理優(yōu)化20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗材料與儀器20-21
• 2.2.1 實驗材料20
• 2.2.2 主要實驗儀器和設(shè)備20
• 2.2.3 主要試劑20-21
• 2.3 實驗方法21-25
• 2.3.1 酸、堿單獨預處理21
• 2.3.2 硫酸-乙醇預處理21-22
• 2.3.3 氫氧化鈉耦合乙醇預處理22-23
• 2.3.4 樣品的酶水解23
• 2.3.5 分析測定方法23-25
• 2.4 結(jié)果與討論25-31
• 2.4.1 硫酸-乙醇預處理最佳實驗條件研究25-27
• 2.4.2 氫氧化鈉耦合乙醇預處理最佳實驗條件研究27-30
• 2.4.3 預處理前后玉米芯的主要成分分析30-31
• 2.4.4 預處理前后玉米芯的酶解得率變化31
• 2.5 本章小結(jié)31-34
• 第三章 纖維素酶固定化研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 材料與方法34-39
• 3.2.1 試劑與儀器35-36
• 3.2.2 實驗方法36-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-43
• 3.3.1 固定化纖維素酶的制備實驗結(jié)果分析39-41
• 3.3.2 固定化纖維素酶的性質(zhì)41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-46
• 第四章 玉米芯同步糖化發(fā)酵研究46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 實驗材料與設(shè)備46-47
• 4.2.1 實驗材料46-47
• 4.2.2 主要化學試劑及規(guī)格47
• 4.2.3 主要實驗儀器及型號47
• 4.3 實驗方法47-49
• 4.3.1 原料的預處理47
• 4.3.2 菌種活化47
• 4.3.3 同步糖化發(fā)酵47-48
• 4.3.4 分析方法48-49
• 4.4 實驗結(jié)果與討論49-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 基于非線性動態(tài)變化慣性權(quán)重PSO同步糖化發(fā)酵模擬56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 PSO的基本原理56-59
• 5.2.1 標準PSO算法56-58
• 5.2.2 自適應(yīng)慣性權(quán)重PSO算法58-59
• 5.3 同步糖化發(fā)酵過程的動力學模型59-62
• 5.3.1 酵母菌生長動力學模型59-60
• 5.3.2 乙醇生成動力學模型60
• 5.3.3 還原糖變化動力學模型60-62
• 5.4 基于非線性動態(tài)變化慣性權(quán)重的PSO對SSF過程的參數(shù)辨識62-64
• 5.4.1 菌體生長模型的參數(shù)辨識62-63
• 5.4.2 產(chǎn)物生成模型的參數(shù)辨識63
• 5.4.3 還原糖消耗模型的參數(shù)辨識63-64
• 5.5 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論及展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-76
• 攻讀碩士學位期間的科研成果76

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本文編號：382367