乙酸与亚硫酸钠两步预处理速生杨木的结构及酶解特性研究

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杨木(Poplar)年产量大、生长周期短、加工废料多,是制备生物能源和其他化学品极具潜力的原料。本论文以速生杨木为研究对象,探究了乙酸与亚硫酸钠两步预处理对其化学组成、结构及酶解特性等方面的影响,并对处理前后样品的结构与酶解之间的关联进行探讨。通过不断优化,最终在减少酶用量的同时,尽可能地提高纤维素酶水解得率。为实现制浆造纸、木材加工生产等废弃材料制备燃料乙醇提供一定的技术支持,为相关生产企业进行废弃木料的综合利用提供参考。主要研究结果如下:1.经过不同浓度的乙酸(170°C,30 min)预处理后,速生杨木的木聚糖含量均有所减少,葡聚糖含量均有所增加。其中,5%的乙酸浓度为最佳预处理条件。预处理后,其木聚糖含量减少至6.67%(未处理材为17.36%),葡聚糖含量增加至54.87%(未处理材为43.38%),木质素含量达到33.42%。经过不同浓度亚硫酸钠/不同处理温度的二次预处理后,葡聚糖含量均有不同程度的增加。数据显示,增加亚硫酸钠浓度对处理效果影响不大,升高温度对处理效果有显著影响。其中,4%亚硫酸钠(180°C,30 min)二次预处理效果最佳。处理后其葡聚糖含量增加至78.64%,木质素含量降低至11%。2.分别对Raw(未处理材)、5%AC(5%乙酸处理)、180-1(180°C,1%Na OH二次处理)、180-4(180°C,4%Na2SO3二次处理)及180-1-4(180°C,4%Na2SO3+1%Na OH二次处理)等样品进行结构表征分析发现:所有预处理均对样品结构产生不同程度的破坏。处理后样品纤维素结晶度及热稳定性均增加,纤维素特征吸收增强。此外,乙酸预处理后,样品表面木质素含量增加(移除了木聚糖等)。180-4二次处理后,样品表面木质素含量明显减少至80.92%(5%AC样品表面木质素为88.62%)。3.经过不同浓度的乙酸预处理后,样品水解得率均有少量提高。其中,当纤维素酶剂量为20 FPU/g DM时,水解5%AC处理杨木72 h后,葡萄糖得率达到24.55%(未处理材为17.23%)。经过不同浓度亚硫酸钠/不同处理温度的二次预处理后,样品酶解效率均有进一步提高。其中,180-1、180-4、180-1-4样品的酶解效果最佳。随着纤维素酶剂量及水解时间的增加,所有样品的酶解得率均呈上升趋势。其中,180-4样品的水解效果极为显著,当纤维素酶添加量为20 FPU/g DM时,经过72 h水解,样品葡萄糖得率达到近92.55%,明显改善了未处理材酶解效果差的缺陷。
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