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《吉林大学》 2011年
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稻壳制备燃料乙醇及综合利用

麻越佳  
【摘要】:20世纪以来,现代工业和交通运输等行业的迅速发展,导致了全球性能源、粮食和环境危机的日趋严重,这使得人类在迈入21世纪后面临着前所未有的挑战。世界许多国家为了应对化石资源的日益枯竭和环境的逐渐恶化,将目光逐渐转移到了大规模开发利用作为清洁能源的可再生资源。第一代燃料乙醇主要以玉米、小麦等粮食作物作为生产原料,日趋严峻的世界粮食安全形势让其渐失优势。而以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表的第二代生物燃料,遵循“不与粮争地、不与人争食”的路线,成为未来生物质能源产业发展的方向。 纤维素乙醇被认为是最好的替代液体燃料,它的生态效益,使得它成为工业生物技术研究的重点中心,取得的研究和工业性试验结果给人类发展纤维素乙醇带来了希望。但是,纤维素的水解效率问题、水解废渣污染环境问题、水解糖液中有害物质影响酵母菌活性的问题、生产过程的能耗问题……,这一系列问题,导致纤维素乙醇生产成本过高,无法实现工业化生产,致使纤维素乙醇的研究与产业化开发的努力处于低潮状态。 针对生物质乙醇目前存在的诸多问题,本论文企图找到生产生物质乙醇的新途径。采用稀酸水解半纤维素制备木糖和废渣(Ⅰ),解决了木糖影响酵母菌活性问题;采用常压低温液相浓酸水解废渣(Ⅰ)中纤维素制备糖酸溶液和废渣(Ⅱ),解决了纤维素的水解效率问题;碱溶稻壳灰中二氧化硅制备硅酸钠溶液和废渣(Ⅲ),硅酸钠溶液用于中和糖酸溶液,使水解糖液处理后可以直接用于发酵制备乙醇,同时制备出纳米二氧化硅,解决中和酸所带来的成本问题;废渣(Ⅱ)和(Ⅲ)热解制备出纳米二氧化硅,使最后的废渣得到充分利用,从而获得了一套完整的绿色环保低碳的稻壳制备燃料乙醇及综合利用的新工艺。主要内容如下: 1.首先以生物质稻壳为原料,通过预处理及浓硫酸水解纤维素方法的系统研究得到葡萄糖溶液。预处理的最佳条件是:稀硫酸的浓度为6%(m/m),稀硫酸溶液与稻壳的液固比(v/m)为10∶1,在沸腾状态连续水解5小时,半纤维素得率达到18.6%(m半纤维素/m稻壳)。纤维素的最佳水解条件为:硫酸浓度为72%(m/m),温度为50℃,硫酸溶液的体积(毫升)与稻壳的质量(克)的比例为10∶1,时间为5分钟,葡萄糖产率可以达到45.6%(m纤维素/m稀酸水解后稻壳)。 2.为了获得发酵用糖溶液,论文采用离子排斥色谱法和中和法对糖酸分离效果进行了研究。离子排斥色谱法适宜的操作条件如下:离子交换柱中填充的树脂选用强酸性阳离子树脂,颗粒直径为0.1-0.2 mm,树脂柱高度为1 m;进料和洗脱时流速为10 mL/min,使葡萄糖和硫酸得到一定程度的分离,反应温度为80℃时,葡萄糖回收率为96%,硫酸回收率为65%。中和法中用到的碱性溶液为硅酸钠溶液,制作方法如下:氢氧化钠溶液浓度为10%(m/m),氢氧化钠溶液与稻壳灰的液固比(v/m)为5∶1,加热至沸腾后持续2小时,二氧化硅水解率为64%。将糖酸溶液以1 mL/min的流速滴加入碱性溶液中,试验中碱性溶液与糖酸溶液的用量为2∶1(v/v),葡萄糖回收率为95%。两种方法得到的葡萄糖溶液的浓度经紫外分光(紫外可见)光度计测量可达0.1 g/mL 3.对糖酸分离过程中得到的二氧化硅、木质素和硫酸钠晶体分别进行了研究。对纳米级二氧化硅主要考察了其粒径、形貌及分散性。在最佳水解条件下,残渣热解制备出的二氧化硅粉体粒径约为100 nm,球形,单分散;而中和后形成的二氧化硅粉体粒径约为30 nm,球形,分散性更好。硫酸水解纤维素过程中析出少量酸溶性木质素,通过酚化反应改性后,酚羟基的数量得到增加,使木质素有更多的活性点与苯酚反应。当木质素和苯酚质量比为1∶6、硫酸与水体积比为9∶6、反应温度80℃、反应时间达到4 h时,木质素酚的产量可达104%(m木质素酚/m苯酚)。用其制得的酚醛树脂在耐红外、耐紫外、疏水防潮、耐热等性能方面表现良好。硫酸钠作为中和试验中的副产物,主要考察了其晶体形态与形成过程的关系。 4.将纤维素水解得到的葡萄糖溶液进行发酵制得乙醇溶液。试验中选择了市售安琪酵母作为发酵菌,考察了葡萄糖溶液浓度、酵母浓度、反应时间和温度对乙醇产率的影响,最佳反应条件为葡萄糖的浓度为10%(m/v),m葡萄糖∶m酵母=10∶1,选择体系pH=6.8,反应温度为34℃,反应时间为60 h,此时可以得到乙醇产率最高为67.0%(m乙醇∶m葡萄糖)。 5.论文对稻壳综合利用的方案进行了归纳总结,并推广此方案应用于米糠综合利用,并与稻壳试验进行了系统对比,证明了此方法可在相似生物质中进行推广应用。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ223.122

【引证文献】
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1 韩丹妮;稻壳预处理及稻壳中木聚糖的提取工艺研究[D];长沙理工大学;2012年
【参考文献】
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1 Y.M.Z.Ahmed;E.M.Ewais;Z.I.Zaki;;Production of porous silica by the combustion of rice husk ash for tundish lining[J];Journal of University of Science and Technology Beijing;2008年03期
2 张德强,黄镇亚,张志毅;木质纤维生物量一步法(SSF)转化成乙醇的研究(Ⅱ)——纤维素酶解条件的研究[J];北京林业大学学报;2000年06期
3 张继泉,王瑞明,孙玉英,关凤梅;里氏木霉生产纤维素酶的研究进展[J];饲料工业;2003年01期
4 张剑如;叶金武;徐立宏;;含镉废水处理研究进展[J];广东化工;2007年02期
5 王立纲;;纤维素物质浓硫酸水解工艺的进展[J];国外林业;1994年03期
6 傅其军;燃料乙醇的发展前景[J];广西轻工业;2001年02期
7 肖传豪;宋文强;;米糠制植酸的工艺研究和进展[J];化工时刊;2009年08期
8 刘宗宽,顾兆林,贺延龄,冯霄;燃料乙醇热泵恒沸精馏新工艺的研究[J];化工进展;2003年11期
9 于斌;齐鲁;;木质纤维素生产燃料乙醇的研究现状[J];化工进展;2006年03期
10 黄艳娥;;稻壳的综合利用[J];河北化工;1993年04期
【共引文献】
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1 楼哲丰;管敏强;陈忠义;曹琼洁;阮冬芬;金龙金;;氯化镉对小鼠睾丸指数及其线粒体ATPase6、D-Loop基因突变的影响[J];癌变.畸变.突变;2009年06期
2 邱廷省,成先雄,郝志伟,罗仙平;含镉废水处理技术现状及发展[J];四川有色金属;2002年04期
3 何小林;焦芸芬;;氨基膦酸螯合树脂应用现状[J];四川有色金属;2006年03期
4 张丽;冯绍华;;改善热塑性塑料/植物纤维界面相容性方法的研究[J];工程塑料应用;2006年07期
5 方雪;;利用丙酮丁醇梭菌进行木质纤维素同步糖化发酵的研究进展[J];合肥师范学院学报;2008年03期
6 姚玉敏;王秀峰;于喜艳;杨凤娟;史庆华;;不同栽培基质对甜瓜品质和养分含量的影响[J];山东农业科学;2009年02期
7 张波;彭书传;;有机改性凹凸棒石吸附活性艳蓝KN-R的热力学研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
8 陈惜明,薛烽;超强吸水材料在无水酒精生产过程中的应用研究[J];安徽化工;2004年06期
9 潘海波;汤斌;张庆庆;陈阿娜;;混合菌液态发酵纤维素酶及发酵pH的优化[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2007年04期
10 程旺开;汤斌;张庆庆;陈阿娜;翟光雯;周逢云;陈中碧;;麦秸秆稀酸水解条件的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年01期
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1 傅明连;林素英;蔡丽琴;黄志明;吴锦程;;不同枇杷品种细胞壁代谢与果肉质地形成的关系[A];第五届全国枇杷学术研讨会论文(摘要)集[C];2011年
2 王颖;;壳聚糖和Vc复合涂膜对杨桃保鲜的影响[A];广东省食品学会第六次会员大会暨学术研讨会论文集[C];2012年
3 周智慧;毛飞君;赵晓联;;城市绿化垃圾资源化利用和无害化处置技术研究进展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2011年
4 王赛月;牛明芬;庞小平;;生物菌剂对秸秆厌氧发酵的影响[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
5 杨晓辉;;沈阳地区生物质燃料的开发和利用[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
6 梁润娟;吴廷华;吴瑛;周理龙;吴廷华;;离子液体环境下固体酸催化降解纤维素[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年
7 黄婷;陆青山;金永灿;谷峰;张厚民;Hasan Jameel;Richard Phillips;李忠正;;绿液预处理对麦草化学成分及酶水解糖化的影响[A];中国造纸学会第十五届学术年会论文集[C];2012年
8 王则金;胡亮;童金华;陈纯;;贮藏温度和成熟度对番木瓜冷害影响研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
9 高凤芹;闫志坚;孙启忠;邢启明;;纤维素乙醇生物转化工艺的研究进展[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
10 姜晓云;王家德;;纤维素酶及其在废木质纤维素制可还原糖中的应用[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
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1 谷风林;酪蛋白美拉德产物的制备、性质及在烟草中的应用研究[D];江南大学;2010年
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4 陈秋玲;麦秆液化制备可降解聚氨酯泡沫材料方法及机理研究[D];昆明理工大学;2010年
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7 崔璐;超声波处理对糙米理化特性的影响及其作用机理研究[D];西北农林科技大学;2010年
8 李煜林;MOPTMS改善稻壳纳米白炭黑有机溶剂分散性研究[D];江南大学;2011年
9 郭忠鹏;代谢工程改善工业酒精酵母发酵性能[D];江南大学;2011年
10 冯大伟;利用两种大型海藻制备生物能源的探索研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
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1 周荧;腐乳发酵过程中大豆异黄酮组分的变化及理化性质的研究[D];华中农业大学;2010年
2 李浩丽;Bacillus pumilus CN8菌株高效降解猪血Hb酶的分离纯化与降解机制探讨[D];华中农业大学;2010年
3 周玮婧;荔枝皮原花青素的提取、纯化以及抗氧化活性研究[D];华中农业大学;2010年
4 唐京禧;农业废弃物热解特性的研究[D];华中农业大学;2010年
5 谢久凤;亮斑扁角水虻(Hermetia illucens L.)幼虫肠道内纤维素酶活性菌株的筛选与鉴定[D];华中农业大学;2010年
6 刘晨娟;脆性水稻秸秆的生物预处理及发酵[D];华中农业大学;2010年
7 余安;花生粕中植酸的提取及纯化研究[D];华中农业大学;2010年
8 刘兰杰;一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究[D];华中农业大学;2010年
9 陈水莲;深海细菌Exiguobacterium Oxidotolerans A011 β-葡萄糖苷酶基因的克隆、表达与酶学分析[D];华中农业大学;2010年
10 董莉莉;毕赤酵母木糖还原酶的改造及重组酿酒酵母发酵木糖生产乙醇的初步研究[D];南京医科大学;2009年
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1 马军强;冯贵颖;;稻壳制备糠醛的研究[J];安徽农业科学;2007年16期
2 刘权;王艳霞;王翠;王黎明;王伟东;;微波·超声和碱液预处理对芦苇秸秆木质素的降解效果[J];安徽农业科学;2011年28期
3 张波;;农业废弃物稻壳在建材行业的资源化利用[J];广东农业科学;2011年18期
4 卢波;经艳;蔡爱华;覃香香;周玉恒;林兰英;张厚瑞;;酸催化蒸汽爆破预处理提高蔗渣酶解性能研究[J];广西科学;2009年04期
5 宋安东;任天宝;谢慧;裴广庆;张百良;;化学预处理对玉米秸秆酶解糖化效果的影响[J];化学与生物工程;2006年08期
6 钟穗生;纤维素原料预处理技术新发展[J];化工进展;1989年05期
7 章云;陈太林;秦永昊;林振荣;杨静;;稻壳综合利用[J];河南建材;2010年02期
8 李秀信;张军华;黄以超;郭文涛;赵鹏祥;;响应面优化表面活性剂-微波提取香椿黄酮工艺[J];化学工程;2011年12期
9 刘宝亮;方桂珍;;从稻壳中提取木聚糖的研究[J];林产化学与工业;2005年S1期
10 谢定;韩丹妮;欧阳建勋;刘永乐;魏玉翠;伍湘东;;稻壳综合利用技术与经济浅析[J];粮食科技与经济;2010年03期
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1 刘媛媛;木质纤维素预处理及提高纤维素酶水解效率的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
2 胡婷春;~(60)Co-γ辐照处理降解芒草纤维质及其机理研究[D];湖南农业大学;2011年
3 贾中兆;纳米二氧化硅颗粒的制备研究[D];南京工业大学;2006年
4 闫军;秸秆连续挤出蒸汽爆破处理的机理研究[D];北京化工大学;2009年
【二级参考文献】
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1 邱廷省,成先雄,郝志伟,罗仙平;含镉废水处理技术现状及发展[J];四川有色金属;2002年04期
2 张德强,黄镇亚,张志毅;木质纤维生物量一步法(SSF)转化成乙醇的研究(Ι)——木质纤维原料蒸汽爆破预处理的研究[J];北京林业大学学报;2000年06期
3 刘冰,庞慧民,陈敏怡;镉的遗传毒性效应及中药五加皮防护研究[J];白求恩医科大学学报;1999年03期
4 王仲礼;国外对米糠深加工产品的开发应用[J];中国稻米;2005年03期
5 叶非,张永忠,徐宝荣,宫百揆,张桓武,兰晓霞;米糠中提取菲丁(Phytin)的研究[J];东北农业大学学报;1994年04期
6 张春枝,王振宇,陈莉,金凤燮;高温厌氧菌分解纤维素的研究[J];大连轻工业学院学报;1998年03期
7 杨彤,曹文海,许耀生;化学法处理重金属离子废水的改进[J];电镀与精饰;1999年05期
8 陈阳,钟国清,张永强,王刚;电镀镉废水处理的工艺研究[J];电镀与精饰;2004年05期
9 李雄彪;纤维素的化学结构、生物合成和糖化研究[J];大自然探索;1992年01期
10 贺健,周秀英,侯桂芝,高文渊,邢忠,戴晖;热喷技术与饲料资源开发[J];饲料工业;1989年05期
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1 勇强;徐勇;宋向阳;余世袁;;玉米秸秆生物转化制取酒精的中间试验[A];中国资源生物技术与糖工程学术研讨会论文集[C];2005年
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3 李冀新;武冬梅;贾雪峰;;巴西发展燃料乙醇的经验以及对新疆兵团生物质能建设的启示[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
4 乔映宾;;发展燃料乙醇产业和推广车用乙醇汽油若干问题的思考[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年
5 翁锦周;洪月云;卢川北;曾日秋;;应当十分重视能源甘蔗的育种[A];中国青年农业科学学术年报[C];2002年
6 王少强;邱化玉;;彩色喷墨打印纸的特点及其涂层技术[A];'2005(第十二届)全国造纸化学品开发应用技术研讨会论文集[C];2005年
7 李秋霞;杨斌;戴永年;;二氧化硅在低价氟化法炼铝过程中的行为(英文)[A];真空技术与表面工程——第九届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2009年
8 陈建彬;吴川六;赖金平;赵一兵;;一种基于表面能量转移的二氧化硅包覆金纳米颗粒荧光探针用于巯基化合物检测[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年
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1 杜学静;吉林燃料乙醇生产成本高[N];中国化工报;2004年
2 本报记者 于万夫;燃料乙醇:中国新能源战略的重要角色[N];中国化工报;2006年
3 宜班;发改委加快编制燃料乙醇产业政策[N];中国化工报;2006年
4 本报记者 吴凡;身陷“争粮”风波 燃料乙醇发展前景迷离[N];机电商报;2007年
5 陈颐;多渠道推动生物能源开发[N];经济日报;2007年
6 本报记者  陈建军;秸秆“变油”还有多远[N];上海证券报;2006年
7 刘铮;“玉米制乙醇”冒进,发改委踩刹车[N];新华每日电讯;2006年
8 刘行健;玉米乙醇遇红灯丰原生化影响甚微[N];证券时报;2006年
9 王鹏;燃料乙醇企业选择“三突围”[N];中国化工报;2007年
10 涣知;燃料乙醇替代汽油发展迅速[N];中国经济导报;2006年
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2 安冬敏;稻壳生物质资源的综合利用[D];吉林大学;2011年
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7 赵自强;基于阴离子聚合方法的大分子单体合成及二氧化硅接枝改性研究[D];北京化工大学;2009年
8 林松柏;有机树脂/二氧化硅杂化高吸水性材料的研究[D];天津大学;2004年
9 万勇;二氧化硅空心球及核壳结构的制备与形成机理研究[D];中国科学技术大学;2007年
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1 张弘;纤维素的酸水解及对稻壳中二氧化硅形貌的影响[D];吉林大学;2010年
2 郑颖洁;发酵稻草秸秆产燃料乙醇研究[D];南昌大学;2010年
3 曾凡洲;玉米秸秆水解液发酵制取燃料乙醇的研究[D];中国林业科学研究院;2010年
4 汤尚文;淀粉基全生物降解膜的制备及表征[D];华中农业大学;2008年
5 曾群;催化剂制备及反应条件对制备纳米碳管的影响[D];天津大学;2007年
6 张娟;在聚硅烷胶束中和二氧化硅纳米粒子制备过程中的手性转移[D];苏州大学;2009年
7 Maiki Erinest Peter;超临界流体技术:SiO_2的制备及苯乙醇的高压植入[D];厦门大学;2009年
8 高小青;荧光纳米复合物的制备及其在荧光分析上的应用[D];兰州大学;2009年
9 黄茂辉;SiO_2@Al_(13)核壳结构复合材料的制备及其混凝性能[D];河北师范大学;2010年
10 应杏秋;纳米SiO_2与常规SiO_2致大鼠肺毒作用的比较研究[D];浙江大学;2006年
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