【摘 要】
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秸秆复杂的结构使其资源化进程缓慢。离子液体以其有效破坏木质纤维素结构以及无腐蚀性、挥发性低、性质稳定等优点,成为目前木质纤维素生物质资源化利用的研究热点之一。传统离子液体（如咪唑类、吡啶类等）对木质纤维素去除效率较高,但具有一定的毒性,因此难以用于生物利用过程中。为此,本文以被称为“纯绿色”的氨基酸类离子液体为研究对象,研究了其在常温下对水稻秸秆的解离作用和机理;为减少其用量,研究了其作为外源添加
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秸秆复杂的结构使其资源化进程缓慢。离子液体以其有效破坏木质纤维素结构以及无腐蚀性、挥发性低、性质稳定等优点,成为目前木质纤维素生物质资源化利用的研究热点之一。传统离子液体（如咪唑类、吡啶类等）对木质纤维素去除效率较高,但具有一定的毒性,因此难以用于生物利用过程中。为此,本文以被称为“纯绿色”的氨基酸类离子液体为研究对象,研究了其在常温下对水稻秸秆的解离作用和机理;为减少其用量,研究了其作为外源添加剂强化水稻秸秆厌氧发酵和好氧堆肥的可行性,以期为木质纤维素高效资源化利用提供新的方法。主要研究结果如下:（1）研究的15种氨基酸离子液体在常温下都具有解离木质纤维素的能力,其中硝酸半胱氨酸和氯化甘氨酸（[Gly][Cl]）对木质素的去除率最高。考虑成本,选择[Gly][Cl]作为后续研究对象。（2）当[Gly][Cl]质量分数为60wt%,液固比为20:1（V:m）,反应时间为96 h时,纤维素、半纤维素和木质素的去除率分别达到8.10%、20.44%和48.53%,使稻秆的比表面积从1.055 m~2/g增加到了14.534 m~2/g。[Gly][Cl]可能是通过破坏纤维素的β-1,4糖苷键和半纤维素的吡喃糖环来破坏纤维素和半纤维素的结构;通过打断木质素中对羟基苯基（H）、愈创木基（G）和紫丁香基（S）的芳香环和-OCH3来破坏木质素的结构;同时发生脱乙酰化过程使乙酰基水解,脱除“三素”中乙酰基等连接键。“三素”中的甲基、亚甲基和-OH减少,可以推断以氢键为代表的分子间和分子内的连接键被打断。（3）[Gly][Cl]作为厌氧发酵添加剂可提高甲烷产率。添加5%[Gly][Cl]发酵40 d后,相较于对照组（未加[Gly][Cl]）,累积总产气量增加40.81%,甲烷产率从66.75 m L/g VS增加到115.56 m L/g VS,提高了73.12%,并将甲烷体积分数从26%提升到32%。[Gly][Cl]特异性地刺激了蛋白质水解菌和产酸菌的活性,使纤维素酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶活性峰值都显著高于对照组。[Gly][Cl]使细菌多样性增加,古菌多样性减少,也提高了产甲烷菌和古菌的丰度,使得木质纤维素更多的被转化为甲烷。（4）[Gly][Cl]作为好氧堆肥添加剂可提高堆肥品质。添加1%[Gly][Cl]堆肥30 d后,腐殖质和总氮浓度分别达到130.85和28.8 g/kg,比对照组（未加[Gly][Cl]）分别提高了21.30%和61.77%。[Gly][Cl]的添加降低了细菌的多样性,但增加了丰度,表现为特异性地促进了腐殖质合成菌和固氮菌的增殖,同时高温放线菌（Thermoactinomyces）等对p H不敏感的微生物相对丰度得到增强。因此,[Gly][Cl]具有和咪唑类离子液体类似或相同的解离木质纤维素的能力,而且可以作为添加剂用于秸秆的生物利用过程中,提高秸秆的转化率,因此氨基酸离子液体作为新一代的环境友好型离子液体,具有进一步对其进行探索和研究的价值。
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