论文部分内容阅读
生物乙醇作为生物质能源中重要的组成部分之一,对缓解日益严重的能源问题和环境问题具有极其重要的意义。大型海藻含有大量能被细菌、酵母菌等微生物直接或间接转化为燃料乙醇的碳水化合物,且其具有生长周期短、资源丰富,不与粮争地等优点,已成为目前生物乙醇研究的前沿热点。本文以一种环境修复的优良大型海藻——铜藻为原料,在对其进行成分分析的基础上,详细研究了铜藻的稀硫酸水解预处理技术,并在获得其最优稀硫酸预处理条件基础上,开展了非等温同步糖化发酵铜藻制备生物乙醇的系统研究。主要结果如下:(1)铜藻具有与常见的陆地农林废弃物相当的木质纤维素,同时,由于木质素含量较低,适用于生物乙醇的制备。根据其纤维素、半纤维素、木质素含量而构建的模型化合物,能够在一定程度上反映其制备规律。(2)稀硫酸预处理条件对还原糖得率的影响程度从大到小依次为:硫酸浓度、水解温度、水解时间及液固比。其最佳预处理条件为硫酸浓度4%,水解温度120℃,水解时间2.0h,液固比20mL:g,此时还原糖得率为22.1%,纤维素水解率为18%,半纤维素水解率为83%,木质素几乎不水解。经过该条件处理后再进行酶解的样品,其发酵所得的乙醇得率为0.068g/g DW,远高于只进行酸水解的0.013g/g DW和只进行酶水解的0.033g/g DW。(3)非等温同步糖化发酵有利于解决酶解与发酵温度不适的问题,通过对工艺条件的研究,表明对乙醇得率影响程度从大到小依次为:发酵温度、纤维素酶预水解时间、纤维素酶用量和发酵时间。其最佳工艺条件为发酵温度为36℃,纤维素酶预水解时间为3h,纤维素酶用量为25IU/g,发酵时间为5d,此时有最佳的乙醇得率,为0.078g/g DW。(4)采用本工艺进行铜藻发酵制备乙醇的过程中,乙酸为最主要的发酵抑制剂。乙酸及乙醇的生成动力学研究表明,两者与Boltzmann模型拟合度较高。(5)利用铜藻进行生物乙醇制备的同时利用反应的副产物开展铜藻综合利用,技术上是可行的。