浓磷酸预处理废棉织品对酶水解糖化和涤纶纤维回收的影响

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废棉织品已成为固体废弃物的一大来源,涤棉纺织品的资源化回收利用迫在眉睫。如何高效绿色地开发利用以涤、棉及其混纺织物为主的废棉织品已成为废物资源化领域中一个新的研究热点。本文选取20条废旧牛仔裤为原料,以浓磷酸预处理为手段,以预处理后再生纤维素酶水解产糖和回收不含棉纤维的涤纶为目标,研究了不同预处理条件下浓磷酸对总糖收率和涤纶回收率的影响。结果表明:(1)磷酸浓度、原料与磷酸固液比、反应温度和反应时间对涤纶回收率,纤维素回收率、酶水解葡萄糖产率和总糖收率都有重要的影响。其中涤纶回收率与磷酸浓度、反应温度、液固比和反应时间里正相关。纤维素回收率、总糖收率随磷酸浓度、增加而上升。处理时间超过12h后,纤维素回收率和总糖收率开始出现下降趋势。总糖收率和葡萄糖产率随固液比减少呈现先增加后下降的趋势,转折点固液比为1:25,但纤维素回收率随固液比的降低持续增加。(2)在单因素试验的基础上,缩小因素的水平范围,采用中心组合设计试验考察因素间交互作用对预处理效果的影响。研究发现在同一预处理条件下,高纤维素回收率和高葡萄糖产率不能同时兼顾。所有因素及两因素间的交互作用对总糖收率的影响都极显著,其中以反应温度对总糖收率的影响最为显著。除了固液比与磷酸浓度、反应温度之间的交互作用对涤纶回收率没有显著影响,所有因素及因素间的交互作用对涤纶回收率都有显著影响。建立了总糖收率和涤纶回收率的回归方程,得出的最佳浓磷酸预处理条件为:磷酸质量分数85%,固液比1:15,反应时间7h,反应温度50℃。在此条件下涤纶回收率可达100%,纤维素回收率可达到87.0%,将再生纤维素不经干燥直接水解,在24h内葡萄糖产率为93.1%,总糖收率为81.0%。(3)扫描电镜观察表明,未经预处理的原料中酶水解96h后,纤维素仍然维持着纤维形态,仅仅在表面出现了小孔和沟壑。经不同条件浓磷酸预处理后的再生纤维素形态相同,呈一种絮状堆叠在一起,与未经处理的纤维素相比再生纤维素整个表面布满孔洞与沟壑,比表面积增加较多。XRD谱图定性分析表明,酶水解不会改变原料中纤维素的结晶形态。在浓磷酸预处理作用下,纤维素晶型开始变化,由结晶态的纤维素Ⅰ向无定形态的纤维素Ⅱ转变,纤维素结晶度从100%下降到40%。(4)通过浓磷酸预处理废棉织品的研究,证实浓磷酸预处理工艺可以来完全回收纯净的涤纶纤维和生产葡萄糖。该工艺每处理一吨废棉织品成本为2051元,利润为280元。该工艺技术可行,经济可行。
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