纤维素酶降解芭蕉茎叶及发酵制取沼气的研究

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本论文以芭蕉茎叶为原料,采用2%氢氧化钠、2%硫酸和2%盐酸对原料进行预处理,综合分析了纤维素酶水解芭蕉茎叶的还原糖得率,选出最优的预处理方法;结合红外光谱、X-衍射、扫描电镜分析芭蕉茎叶酶解前后的结构变化进行纤维素酶水解工艺条件的研究;最后探索芭蕉茎叶厌氧消化制取沼气的可行性。研究主要结果如下:   1.未处理之前芭蕉茎叶的酶解还原糖得率为13.49%,而经2%硫酸预处理后酶解还原糖得率为28.27%,经2%盐酸预处理后的酶解还原糖得率为25.86%,经过2%氢氧化钠预处理后,酶解还原糖得率达到了34.95%,可见经过2%氢氧化钠预处理后,酶解还原糖得率是最高的。三种预处理方式对芭蕉茎叶纤维素结晶度的影响不同,经过2%H2SO4处理后,原料的纤维素结晶度从未处理前的67.85%提高到了68.46%,而经2%HCl处理后和2%NaOH处理后,原料纤维素的结晶度从未处理前时的67.85%分别降低为58.73%和48.03%。   2.通过单因素分析和正交优化实验,确定了芭蕉茎叶2%氢氧化钠预处理产物纤维素酶水解最优化条件为:酶用量0.06g/g绝干原料,底物浓度30g/L,pH值5.0,反应温度50℃,反应时间48h。   3.芭蕉茎叶酶解前后的X-衍射分析:酶解前芭蕉茎叶的结晶度为48.03%,酶解后芭蕉茎叶的结晶度提高到了58.67%,酶解致使芭蕉茎叶的结晶度提高了10.64%。   4.研究不同预处理方法对芭蕉茎叶厌氧发酵的影响,结果表明:在固液混合发酵中,芭蕉茎叶经氢氧化钠-纤维素酶水解综合处理后,产气量比未处理时提高了44.38%;而经过盐酸和硫酸预处理后的芭蕉茎叶厌氧发酵的产气能量和未处理时相比有所下降,分别比未处理时下降了40.17%和35.56%。   5.通过热能转换计算,发现未处理芭蕉茎叶厌氧发酵实际热能转换率为3579.63kJ/kg,比直接燃烧实际热能转换率提高了20.56%,经过氢氧化钠处理后比未处理直接燃烧实际热值提高了44.15%,而经NaOH-纤维素酶处理后的实际热能转换率为5596.13kJ/kg,比直接燃烧实际热能转换率提高了88.47%。
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