预处理玉米秸秆酶解糖化及发酵残余木质素的磺化研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shanwq1983
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二十世纪支撑社会和经济发展的化石资源的过度开发利用造成了一系列极其严重的社会和环境问题。温室效应、臭氧空洞等问题日益严峻,尤其是能源危机影响着人们的正常生活和社会发展。所以寻找可再生的绿色替代能源非常重要。木质纤维素作为最广泛的可再生能源之一,利用其生产燃料乙醇已经得到了世界广泛的关注。但是由于成本高转化率低等问题所限,纤维素乙醇至今仍然没有商业化生产。提高酶水解的底物浓度是解决酶解成本偏高这一问题的有效手段。另外,对发酵液中木质素残渣进行高附加值利用,如磺化之后加入水泥中做助磨剂,也能够降低燃料乙醇整体生产成本。  本文围绕如何提高酶水解的效率和木质素的改性利用进行了分析研究,本文的主要工作如下:  1.以蒸爆预处理后的玉米秸秆作为底物,利用纤维素酶进行酶解实验,通过去离子水洗脱蒸汽爆破中产生的如弱酸、酚类、半纤维素降解产物中的一些水溶性抑制物,溶性的抑制物能够抑制纤维素原料向葡萄糖的转化。在底物浓度为20%时,水洗之后酶解的纤维素转化率提高5%左右。水洗能够洗脱一些抑制物,从而促进糖化的进行。而且在纤维素浓度较低时,水洗能够提高酶解反应速率和酶与底物的亲和力,水洗之后的酶的Km值提高了16%左右。另外,通过热重分析发现,水洗之后的酶解液残渣中纤维素含量减少。  2.利用蒸汽爆破之后的玉米秸秆,考察了不同底物浓度下的酶解效果。结果发现,随着底物浓度的提高,葡萄糖浓度、酶解液密度和酶解液残余干物质含量逐渐升高,但是转化率逐渐降低。利用新型的酶解反应器,底物浓度为25%时纤维素转化率为80%左右。流变学分析发现,酶解液呈非牛顿流体的特性,而且随着反应的进行,由于纤维素长链逐渐缩短,非牛顿流体的特性逐渐减弱,稠度系数逐渐降低。  3.以纤维素乙醇废渣中木质素为原料进行磺化研究,获得最佳磺化工艺条件后以最高磺化度的木质素磺酸盐作为水泥助磨剂,并研究了水泥性能参数。经过正交试验得到了木质素磺化的最佳反应条件如下:反应温度为90℃; pH=10.5;FeCl3的加入量为0.055g。利用红外对木质素磺化之后的结构进行分析研究,发现木质素经磺化反应后仍具有木质素的结构构造,且分子中甲氧基含量减少,并且引入了磺酸基团。通过水泥助磨剂物理性能检验,加入木质素磺酸钠作助磨剂的水泥抗折和抗压强度都有所提高,在反应温度为90℃;pH=10; FeCl3的加入量为0.05g条件下所得到的水泥的强度提高最为显著。该结果可为工业化生产水泥助磨剂提供了理论依据。
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