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随着化石能源日渐枯竭和环境污染日益突出,新能源的开发刻不容缓。第二代生物乙醇以木质纤维素为原料,作为缓解能源和环境危机的有效对策正在世界范围内蓬勃发展。木质纤维素复杂的结构特性使得预处理成为木质纤维素利用链中必不可少的首要步骤,而不同的木质纤维素在成分和结构上存在差异,对于同一预处理响应不同,根据原料特性选择具有针对性的预处理方法和条件对于高效利用生物质资源意义重大。稀硫酸预处理被公认为是最接近实际应用的预处理方法,另有研究表明,部分金属离子对预处理具有促进作用,联合金属离子与稀硫酸有助于提升预处理效果,同时更利于金属离子作用机制的探究。本文选取凤眼莲、甘蔗渣、水杉木屑3种植物原料进行Fe3+耦合稀硫酸预处理,以稀硫酸预处理为对照,设置Fe3+添加量、稀硫酸浓度、预处理温度3组单因素实验。通过预处理后样品的成分和化学结构变化及酶解产糖特性筛选适宜的预处理条件,同时分析3种木质纤维素对稀硫酸预处理和Fe3+耦合稀硫酸预处理的响应差异,探究Fe3+的作用机理。主要研究结果如下:(1)Fe3+耦合稀硫酸预处理的最优条件为:0.1mol/L的Fe3+添加量,稀硫酸浓度2%(w/v),预处理温度120℃。在此条件下,以1:10固液比混合植物原料和Fe3+-H2SO4溶液,预处理30 min,所得样品经30 FPU/g纤维素酶酶解72 h,凤眼莲的糖产率可达78.11%。(2)Fe3+耦合稀硫酸预处理适用于凤眼莲,而对甘蔗渣的预处理效果不理想,对水杉木屑作用微小,以上最佳预处理条件下,甘蔗渣的糖产率为29.18%,水杉木屑仅为1.19%。添加Fe3+处理后,凤眼莲酶解72 h的糖转化率较单一稀硫酸处理提升了 12.90%,甘蔗渣提升了 19.65%,体现了 Fe3+较强的促进作用。(3)在Fe3+耦合稀硫酸预处理中,凤眼莲被去除的成分主要为半纤维素和灰分,最佳预处理条件下半纤维和灰分的去除率分别高达92.89%和82.70%,木质素去除较少,纤维素去除率基本为零;甘蔗渣的半纤维素、木质素、灰分去除率较高,在最佳预处理条件下分别为94.99%、41.05%、87.24%,此时纤维素去除率为19.49%。Fe3+对凤眼莲和甘蔗渣有不同的作用,添加Fe3+能通过促进凤眼莲半纤维素和灰分的去除,增加凤眼莲的酶可及度;对于甘蔗渣,添加Fe3+对主要成分的影响不大,但能增大甘蔗渣纤维素的可酶解性。