论文部分内容阅读
乳酸作为重要的原材料被广泛应用于各行业，以乳酸为原料合成的聚乳酸塑料因具有生物降解性和生物相容性，被认为是造成“白色污染”的石油基塑料的替代品。农作物秸秆资源存量丰富，是工业生产乳酸的理想原料之一，微生物发酵农作物秸秆产乳酸已经成为新的研究热点。在利用农业秸秆生产乳酸的过程中，高效的预处理技术发挥着重要作用。本课题探究了氨联合过氧化氢体系、氨联合硫酸亚铁芬顿体系以及氨联合铁酸铋异相芬顿体系对农作物秸秆的预处理效果，处理后的秸秆利用率明显提高。主要结果如下：
(1)处理后的玉米秸秆半纤维素与木质素含量下降，纤维素含量上升，其中氨联合铁酸铋异相芬顿体系(NHB15)预处理后的玉米秸秆纤维素含量上升最多；将处理后的玉米秸秆进行乳酸发酵，NHB15处理组玉米秸秆发酵产乳酸效果最好，乳酸浓度为27.07g/L，乳酸转化率为0.54g/g玉米秸秆。
(2)未处理玉米秸秆结构紧密，木质素分布在材料表面，经过氨联合硫酸亚铁芬顿预处理(NHF20)及氨联合铁酸铋异相芬顿预处理(NHB15、NHB20)方法处理后的玉米秸秆结构破坏明显，秸秆表面出现较多穿孔；预处理后玉米秸秆的结晶度指数明显改变；半纤维素、木质素特征峰减弱甚至消失，纤维素特征峰增强；秸秆孔隙率改变，比表面积增加。
(3)采用NHB15处理后的水稻、棉花、甘蔗渣、油菜秸秆，它们的结构均被明显破坏，处理后的秸秆发酵产乳酸转化率分别为0.28g/g、0.27g/g、0.42g/g、0.38g/g秸秆。
(4)在5-L发酵罐中，分别以50g/L、100g/LNHB15预处理后未水洗的玉米秸秆为初始底物，进行分批发酵，得到最终乳酸的浓度分别为32.2g/L、51.0g/L，乳酸转化率分别为0.64g/g、0.51g/g玉米秸秆，乳酸平均生产速率分别为0.89g/L/h、0.85g/L/h。
(5)以初始浓度为80g/LNHB15预处理后未水洗的玉米秸秆进行分批补料发酵，补加未水洗NHB15处理的玉米秸秆，乳酸终浓度为65.96g/L，秸秆乳酸转化率为0.44g/g玉米秸秆，乳酸平均发酵速率0.85g/L/h；补加NHB15预处理水洗玉米秸秆实验组，乳酸终浓度为86.84g/L，秸秆乳酸转化率为0.58g/g玉米秸秆，乳酸平均生产速率1.11g/L/h。
本课题研究的氨联合铁酸铋异相芬顿体系(NHB15)，为秸秆预处理提供一种新的有效方法，NHB15预处理后玉米秸秆同步糖化补料发酵可获得高浓度的乳酸，为利用农作物秸秆工业化生产乳酸提供新的技术。
(1)处理后的玉米秸秆半纤维素与木质素含量下降，纤维素含量上升，其中氨联合铁酸铋异相芬顿体系(NHB15)预处理后的玉米秸秆纤维素含量上升最多；将处理后的玉米秸秆进行乳酸发酵，NHB15处理组玉米秸秆发酵产乳酸效果最好，乳酸浓度为27.07g/L，乳酸转化率为0.54g/g玉米秸秆。
(2)未处理玉米秸秆结构紧密，木质素分布在材料表面，经过氨联合硫酸亚铁芬顿预处理(NHF20)及氨联合铁酸铋异相芬顿预处理(NHB15、NHB20)方法处理后的玉米秸秆结构破坏明显，秸秆表面出现较多穿孔；预处理后玉米秸秆的结晶度指数明显改变；半纤维素、木质素特征峰减弱甚至消失，纤维素特征峰增强；秸秆孔隙率改变，比表面积增加。
(3)采用NHB15处理后的水稻、棉花、甘蔗渣、油菜秸秆，它们的结构均被明显破坏，处理后的秸秆发酵产乳酸转化率分别为0.28g/g、0.27g/g、0.42g/g、0.38g/g秸秆。
(4)在5-L发酵罐中，分别以50g/L、100g/LNHB15预处理后未水洗的玉米秸秆为初始底物，进行分批发酵，得到最终乳酸的浓度分别为32.2g/L、51.0g/L，乳酸转化率分别为0.64g/g、0.51g/g玉米秸秆，乳酸平均生产速率分别为0.89g/L/h、0.85g/L/h。
(5)以初始浓度为80g/LNHB15预处理后未水洗的玉米秸秆进行分批补料发酵，补加未水洗NHB15处理的玉米秸秆，乳酸终浓度为65.96g/L，秸秆乳酸转化率为0.44g/g玉米秸秆，乳酸平均发酵速率0.85g/L/h；补加NHB15预处理水洗玉米秸秆实验组，乳酸终浓度为86.84g/L，秸秆乳酸转化率为0.58g/g玉米秸秆，乳酸平均生产速率1.11g/L/h。
本课题研究的氨联合铁酸铋异相芬顿体系(NHB15)，为秸秆预处理提供一种新的有效方法，NHB15预处理后玉米秸秆同步糖化补料发酵可获得高浓度的乳酸，为利用农作物秸秆工业化生产乳酸提供新的技术。