纤维素发酵制备生物乙醇管式膜集成技术研究

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生物质能源是可再生能源一种,许多国家将生物质能摆到重要位置,制订了相应的开发研究计划,其中生物乙醇发展最快。利用价格低廉、来源广泛地木质纤维素发酵制备生物乙醇是最可行有效的途径。我国是农业大国,大量秸秆就地焚烧已成为我国一大社会公害;随着经济的发展和城市人口的增加,产生了很多固体废弃物,其中属于木质纤维资源的废纸占据了很大的比例。因此利用木质纤维素物质发酵制备生物乙醇既可以解决我国能源短缺的问题,还可以缓解因无法合理处理而产生的环境问题。论文首先研究了纤维素的酶解过程,通过正交实验确定了料液比、糖化时间、纤维素酶用量、pH、水解温度等最佳酶解条件,并进行了一系列验证性实验,以减小误差,提高实验数据的准确度。实验结果表明:葡萄糖标准溶液最大吸收波长为540 nm,实验的最佳条件为料液比1:10,初始pH值4.6,酶用量1.1 g,温度45℃,糖化时间为12 h。在优化的酶解条件下,酶解液浓度、纤维素转化速率和转化率分别达到了14.6 g/L、1.21 g/L·h、19.3%。然后确定乙醇发酵的最优条件,选择发酵时间、接种量、pH值、发酵温度四因素进行单因素实验,在单因素实验的基础上确定正交实验条件并得到最优的发酵条件。实验结果表明:最佳的实验条件为发酵时间27 h,接种量9%,pH值6.2,发酵温度为35℃。最后讨论管式超滤膜对纤维素酶及酵母的回收再利用情况。纤维素酶解后,采用管式超滤膜进行固液分离,得到含有纤维素和纤维素酶的固形物回用到下次酶解过程,减少了酶解过程中酶的用量,也增加了纤维素的利用率。实验结果显示,纤维素酶可以回用12次以上,纤维素总的酶解率可以达到77.6%;同理,乙醇发酵完成后,用管式膜对酵母进行回收再利用,发酵乙醇含量呈现先上升后下降的趋势,说明其中有一个酵母繁殖的过程。因此利用管式膜对纤维素酶和酵母进行回收利用达到了减少生产成本的目的,并且实验操作简单易行。
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