生物质能源开发利用是缓解当前能源危机与环境压力,建立可持续发展能源系统的有效措施。其中,生物质的水解技术可以将生物质能转化为还原糖,利用水解生成的糖进一步发酵可以制取燃料酒精等液体燃料或者其它高附加值的化工原料。 本文首先对生物质水解制取燃料酒精的研究背景、利用方式以及国内外生物质制取燃料酒精的研究现状和未来的发展趋势进行了归纳总结。 然后在间歇反应器上,以生物质的主要成分纤维素为原料,进行了极低浓度硫酸为催化剂的水解研究,系统研究了反应温度、时间、酸浓度以及压力等参数对水解糖产率和纤维素转化率的影响规律。得出不同酸浓度下获取还原糖的最佳停留时间。得出在0.05%硫酸作为催化剂的条件下,于215℃和40atm等优化条件下得到了46.55%的还原糖得率和55.07%的纤维素转化率。 同时针对乙酸等有机酸作为催化剂的研究发现酸种类对纤维素水解的转化率影响不大,但对糖的得率有着一定的影响,有机酸的研究为利用生物质热裂解技术等生成的有机酸作为水解催化剂提供了一定的参考,可以实现生物质的综合能源化利用。 利用发酵的经验优化条件,对还原糖液进行了发酵,即在发酵温度为28℃,发酵周期为72h,接种比例为1:10的条件下,得到了0.134g/g的酒精产率。整个试验是在无菌条件下的摇瓶中(80～100r/min)进行的,具体应用到工业上还有很长一段距离。 建立了水解动力学模型,研究了停留时间与纤维素转化率的关系。 最后考虑到生物质水解的产率提高,提出了连续床反应,并且在反应过程中不断转移得到的还原糖,来降低还原糖的降解,提高还原糖的产率。