论文部分内容阅读
以一种储量大、可再生和环境友好的木质纤维素为原料进行综合利用有助于解决人类当前所面临着化石燃料的耗尽和环境污染问题。本论文采用酸基助水溶剂—对甲基苯磺酸对不同木质纤维素进行预处理分级,并对各组分的资源化应用进行了研究。主要研究结果如下:(1)研究了对甲基苯磺酸浓度、预处理温度和时间对小麦秸秆成分和酶解率的影响以及该预处理方法对不同来源木质纤维素的适用性,并对预处理材料进行了结构表征。研究结果表明小麦秸秆的最佳预处理条件为:酸浓度70%,温度80℃,时间10 min。在此条件下,木质素脱除率为78.0%,半纤维素的脱除率为71.0%,纤维素的保留率为92.0%。使用该预处理条件处理玉米芯、芒草秆及枣木,其半纤维素脱除率分别为79.38%、60.67%、73.29%,木质素脱除率分别为69.34%、46.41%、39.54%,纤维素的保留率分别为89.51%、104.4%、99.75%。这说明经过对甲苯磺酸预处理后,可以选择性地脱除木质素和半纤维素得到高含量的纤维素材料。从整体上来看,对甲基苯磺酸对四种不同来源的生物质的预处理效果:玉米芯>小麦秸秆>芒草秆>枣木。(2)研究了缓冲溶液pH值、纤维素酶的添加量、底物浓度对预处理材料纤维素酶水解的影响,并对比了同步糖化发酵和半同步糖化发酵对不同预处理材料乙醇产率的影响。研究结果表明:玉米芯、小麦秸秆、芒草秆、枣木最佳酶解条件为:pH 5.6,酶加量15 FPU/g葡聚糖,底物浓度2%。此时,72 h四种预处理生物质的酶解率分别为96.25%、94.46%、85.29%、40.37%。96 h玉米芯、小麦秸秆、芒草秆的同步糖化发酵乙醇的浓度分别为45.5 g/L、35.0 g/L、30.5 g/L,相当于未处理木质纤维中葡聚糖产生乙醇理论产量的72.14%、57.16%、61.37%,而半同步糖化发酵乙醇浓度分别为55.0 g/L、37.5 g/L、34.5 g/L,相当于未处理木质纤维中葡聚糖产生乙醇理论产量的87.86%、61.71%、69.42%。两者相比,半同步糖化发酵法优于同步发酵。(3)研究废液中木质素的回收及粒径的大小和结构,为木质素的利用提供理论基础,此外,对对甲基苯磺酸的循环使用进行了研究。结果表明:将p-TsOH浓度稀释至4%时,木质素的回收率达到了80.76%,其纯度为94.74%。采用稀释沉淀法可获得纳米木质素颗粒,通过原子力显微镜对其大小及表面形貌和可调控性进行研究。当离心力从3000 g增加到15000 g时,纳米木质素的平均粒径从200 nm降到了50 nm,说明通过不同的离心力条件可以控制纳米木质素颗粒的大小和均匀分布。此外,酸基助水溶剂对甲基苯磺酸具有良好的可重复使用性。