论文部分内容阅读
本论文以木质纤维素的高值利用为目标，选择小分子单糖、玉米芯和中药渣为研究对象，将生物法与化学法结合，确定关键转化途径，构建相关生物质能源与生物基化学品的转化工艺，并对其生物炼制过程中涉及的核心技术和理论问题进行较系统研究。（1）双相体系中甲酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛（HMF）的研究：提出了以副产物甲酸为催化剂催化果糖制备HMF，以水/正丁醇为反应体系，考察了不同因素对果糖转化率和HMF收率的影响，最佳HMF收率为69.2%；有机弱酸甲酸作为反应副产物之一，可减少酸性催化剂对设备的腐蚀，降低下游产品的分离成本，提高了该体系的工业应用价值。（2）双相体系中盐酸催化果糖制备HMF的过程强化研究：提出了搅拌速率对水/正丁醇体系中果糖制备HMF的影响机制，经优化得到HMF最佳收率81.7%；由动力学分析可知，相同盐酸浓度条件下，较低的反应速率常数更有利于HMF的生成；采用高浓果糖补料方法，实现了提高HMF收率和降低副产物收率的双重目标，保证了果糖制备HMF过程的连续性和稳定性，最佳HMF收率为83.3%。（3）含Sn陶瓷催化剂/无机酸催化葡萄糖制备HMF的研究：设计新型含Sn4+陶瓷催化剂，组合盐酸共催化葡萄糖制得HMF；考察了不同因素对制备HMF过程的影响，最佳HMF收率为63.9%；含Sn陶瓷催化剂合成时间短，仅为1~2天，重复使用5次后，HMF收率仍保持在53.7%以上；通过选取淀粉、蔗糖等不同原料进行实验，拓宽了该催化体系的适用范围。（4）Cr2O3纳米颗粒负载的陶瓷催化剂/无机酸催化葡萄糖制备HMF的研究：合成了Cr2O3纳米颗粒，并负载于陶瓷催化剂上；组合稀硫酸共催化葡萄糖制得HMF，考察了多种因素对制备HMF过程的影响，最佳HMF收率为63.2%；该催化体系可催化淀粉、蔗糖等糖类化合物制备HMF，但对纤维素和纤维二糖催化效率较低；与（3）中催化剂相比，以陶瓷表面负载活性金属元素的策略替代陶瓷与活性金属共混、焙烧的方法，将活性位点充分暴露，在保有高催化活性的同时，可将催化剂表面有毒活性金属含量由0.94%降至0.11%，并将最优反应时间由4h缩短至1h30min。（5）构建玉米芯全组分转化利用同时制备多种生物基化学品的工艺：通过对玉米芯进行稀硫酸/氨水耦合预处理，获得碱木质素、半纤维素水解液与纤维素；由半纤维素水解糖制备糠醛，糠醛收率（基于半纤维素水解液中的木糖含量计算）可达79.1%；由纤维素酶解液制备HMF，考察了不同酸浓度对含缓冲盐体系反应的影响情况，HMF收率（基于酶解液中的葡萄糖含量计算）可达42.0%。（6）中药渣同步糖化发酵制备燃料乙醇的可行性分析：提出了一种以轻工业废弃物（中药渣）为原料通过同步糖化发酵生成燃料乙醇的方法；仅使用糖化酶时，北沙参药渣、薏苡仁药渣和百合药渣三种淀粉类药渣经同步糖化发酵过程可产醇45.9g/L；通过糖化酶与GC220多酶复配，丹参药渣经分批补料的同步糖化发酵过程（最终底物浓度30%）可产醇33.8g/L。