玉米秸秆的两步糖化研究

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纤维素废弃物制取乙醇技术成为各国研究的热点。开发高效的糖化工艺是制备纤维素乙醇的关键技术之一。玉米秸秆由于其来源广泛,富含纤维素和半纤维素,是纤维素乙醇生产的重要原料。   本文主要对农业废弃物玉米秸秆的糖化工艺进行了研究:第一步是进行半纤维素的糖化得到木糖,考察了半纤维素的近超低酸水解工艺,并建立了半纤维素的连续解聚动力学模型;第二步是进行纤维素的酶水解,得到葡萄糖,对三种纤维素酶的水解效果进行了比较,优化了酶水解的工艺条件,同时对酸酶耦合工艺进行了研究,考察了酸水解程度对后续纤维素酶水解的影响。   半纤维素糖化工艺采用渗滤式稀酸水解方法。通过对温度,酸浓度,渗滤速度,液固比等影响因素的实验分析,以最大木糖浓度为指标,得到了优化的工艺条件:反应温度170℃,硫酸浓度0.25%,液固比为10:1,渗滤速度150ml/min,70%水解液排出后,渗滤速度降为100ml/min。水解液中木糖浓度达到了22g/L,木糖得率达到了80%。   建立了半纤维素稀酸水解过程的连续解聚模型。本模型将半纤维素分为难水解和易水解两部分,假设半纤维素的水解过程是木聚糖大分子长链的随机断裂过程,生成低聚糖最后得到木糖。通过玉米秸秆稀酸水解实验拟合得到了模型的各个参数,易水解半纤维素糖苷键断裂活化能为73.42kJ/mol,难水解半纤维素糖苷键断裂活化能为147.11kJ/mol。通过检验得出该模型是可靠的。   将酸水解与酶水解进行耦合考察。结合稀酸预处理的实验结果,以优化的酶水解工艺条件继续水解纤维素原料,得到不同工艺条件下的总糖浓度,实现了原料糖得率的最大化,水解液中还原糖(木糖和葡萄糖)浓度达到了6.2%。
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