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木质纤维素生物质预处理与水解过程的关键技术研究

王修胜  
【摘要】:稀酸预处理是一种有效的木质纤维素生物质预处理方法,主要作用是降解半纤维素和降低纤维素的结晶度。本文以玉米秸秆为主要原料进行稀酸预处理,提出了在极低水用量条件下的新型稀酸预处理技术。通过实验考查了预浸固液比、预处理温度、预处理时间、酸量、蒸汽压力、预处理原料装量等因素对预处理效率的影响。评价预处理效率的指标包括蒸汽用量、水用量、预处理后物料的固体含量、单糖和寡糖含量、抑制物含量、预处理物料的酶水解效果等。在装填预处理反应器容积50%和100%的装量条件下,通过中心组合实验设计法及响应面分析确定了最佳的预处理条件:酸量2.5%、温度190℃、时间3min。比较了两个原料装量下的预处理效果的差异,考查了在最佳预处理条件下的发酵性能,同时比较了不同产地、不同种类的各种木质纤维素在此预处理条件下处理后的差异。 本文还研究了影响办公废纸酶水解的主要因素,提供了一种办公废纸利用的有效的预处理方法。实验发现废纸中CaCO3含量是影响办公废纸酶水解最主要的因素,同时提出并对比了不同无机酸或水洗和预浸两种处理方法对去除CaCO3而促进酶水解的可行性和有效性,确立了硫酸预浸为最佳方案,并仔细研究确定了最佳的预浸条件:固液比1:1.5、硫酸浓度7%(v/v)、温度500℃、时间3h,在最终的验证实验中酶水解后的葡萄糖和木糖浓度分别为36.2 g/L和7.2 g/L,相当于73.3%的纤维素转化率。 本文还研究了在不同固体含量、温度、转速、反应器类型、酶量等因素下的纤维素酶催化纤维素水解的行为,比较了三种常用纤维素酶在游离、木质素和滤纸水解过程中的失活情况和产物抑制情况,对纤维素水解条件的确定和纤维素酶的选择具有一定的参考价值。


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