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《太原理工大学》 2007年
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木质纤维素原料预处理及酶解的研究

赵志刚  
【摘要】: 木质纤维素是自然界中分布最广,含量最丰富的有机物。木质纤维素综合利用的一个有效途径是将其转化为糖,进而转化为其他附加值较高的产物,如乙醇和有机酸物质。在这个过程中,纤维基质的预处理是降低成本,增加木质纤维原料利用率的一个关键步骤。 本文首先概述了木质纤维素物质生产乙醇的发展与研究现状,并简单介绍了利用木质纤维素生产乙醇的工艺。解释了木质纤维素预处理的原理,并对各种预处理方法进行了分类和比较。 然后以甘蔗渣为原料,探讨了温和碱/氧化法预处理的作用机理;研究了反应时间、液固比、NaOH质量分数和H_2O_2质量分数等各反应条件对试验结果的影响,得出了各条件的影响规律;利用正交试验设计对甘蔗渣预处理的试验条件进行了优化,得到最佳预处理条件为:时间20h、液固比25∶1、NaOH质量分数1%、H_2O_2质量分数0.6%,在此条件下甘蔗渣半纤维素和木质素的去除率分别为27.2%和77.6%;为降低预处理试验的成本和减少环境污染对甘蔗渣预处理溶液进行了回收利用。 同时讨论了反应时间、反应温度、液固比以及酸浓度对甘蔗渣半纤维素稀硫酸水解试验结果的影响。各因素对甘蔗渣半纤维素水解率的显著性依次为:温度>时间>硫酸浓度>液固比;通过响应面试验设计得到了水解反应模型,预测甘蔗渣半纤维素水解率在稳定状态下的最大值为59.3%,与之相对应的最佳试验方案为:硫酸浓度1.24%,时间2.64h,温度123℃。验证所得最优条件的试验中甘蔗渣半纤维素水解率为60.3%,与预测的最大值非常接近;对甘蔗渣水解液进行了重复利用,发现随着回用次数的增加,水解液中的木糖浓度增速变缓,回用三次,木糖浓度可提高1.6倍,其他水解产物的浓度变化与木糖有相同的趋势,都是从第三次回用开始趋于饱和。 对甘蔗渣进行了一步水解与两步水解,并对经过各种方法预处理后的甘蔗渣各组分的含量和得率进行了比较。结果表明两步水解可以提高甘蔗渣半纤维水解率,并且水解液中不含有乙酸;各种预理方法处理后纤维素的含量和得率最高,木质素去除率两步法与碱法相比差别不大。 为检验比较各种预处理方法的处理效果,以酶解率为指标,研究了不同预处理方法对甘蔗渣酶解试验结果的影响,发现不同的预处理方法对甘蔗渣的酶解率影响很大,经过温和碱/氧化法预处理的甘蔗渣的酶解率最高,其次为两步法处理过的甘蔗渣,经过稀硫酸水解过的甘蔗渣酶解率最低;对温和碱/氧化法预处理试验中不同滤液回用次数对酶解试验结果的影响进行了初步研究,发现酶解率随着滤液回用次数的增加而逐渐下降。四次回用后甘蔗渣酶解率的降低幅度较大,因此把回用次数确定在四次比较合适。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB322

【引证文献】
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