离子液体预处理木质纤维素的水解研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lbwang2009
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随着世界对能源需求的迅速增长,生物质能源成为各国研究热点。由于木质纤维素生物质的组分结构错综复杂,未经预处理的木质纤维素将很难直接被微生物或者酶降解成可发酵糖,开发有效的预处理技术是能否合理利用木质纤维素资源的关键。生物质中半纤维素、纤维素和木质素互相连接缠绕构成坚硬的细胞壁网络。离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]C1)可以有效溶解纤维素,打破半纤维素和纤维素复杂缠绕的状态,从而使生物质的结构变得松散、结晶度降低。经过离子液体预处理后的蔗髓在低温下进行半纤维素稀酸水解制取木糖,水解过程尽量控制纤维素不被水解。结果表明经离子液体预处理后蔗髓酸水解获得最大木糖收率可达89.4%,浓度为32.74g/l。在温度为110℃,硫酸浓度1.Owt.%条件下获得最大木糖浓度可达31.68g/l,收率为86.5%,此时水解液中葡萄糖浓度为9.89g/l,乙酸浓度仅为1.97g/l,糠醛浓度仅为1.15g/l,适合后续的发酵工艺。离子液体只能溶解生物质中的纤维素但对半纤维素几乎无溶解能力,半纤维素的存在会阻碍随后纤维素的酶水解。使用离子液体和酸同时预处理生物质可以在预处理过程将半纤维素水解成为还原糖,纤维素则被离子液体溶解。使用离子液体[BMIM]C1包含0-1.2%盐酸(HC1)以及30%的水混合液预处理蔗髓。预处理过程得到还原糖最大浓度为30.1g/l。预处理后得到的蔗髓残渣继续进行纤维素酶水解得到葡萄糖。结果表明在120℃,1.Owt.%酸浓度下预处理30分钟后酶水解得到最大葡萄糖浓度为92.7g/L,最高收率为95.4%。预处理和酶水解之后糖的总收率最高可达89.9%。半纤维素和纤维素的水解条件差异较大,离子液体预处理可降低纤维素的水解条件,从而达到与半纤维素同时水解制取总糖的目的。在离子液体预处理蔗髓的基础上,考察了一步酸水解制取总糖(木糖和葡萄糖)工艺。结果显示,在温度为150℃,酸浓度为1.2%条件下反应20min可获得总糖收率72.6%,浓度为57.58g/l。在此条件下水解液中的乙酸含量最高为2.67g/l,糠醛含量为2.82g/l,5-HMF含量为0.97g/l,乙酰丙酸含量为0.67g/l。
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