收藏本站
《江南大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究

孙万里  
【摘要】:纤维素生物质作为一种来源广泛、价格低廉的可再生资源,如果被用来生产液体燃料-乙醇,不仅可以减少化石能源的消耗而且可减少汽车尾气中的有害成分,且大量用秸杆生产燃料乙醇可以避免其在农田中大量直接焚烧,这都将大大减少引发全球气候变化的温室气体的排放。本论文主要研究了稻草秸秆的化学、离子液体和羟氧自由基预处理技术,同时对稻草秸秆高浓度底物的同步糖化发酵以及半纤维素水解液的制备和发酵等方面也进行了较为全面的研究。本课题在能源问题和环境问题上均有一定的理论和现实意义。 用稀酸、石灰和氢氧化钠等化学物质对稻草秸秆进行了处理,2% NaOH预处理效果最好,121℃处理1h木质素去除率达到88.9%,同时有38.7%的半纤维素被脱除,处理后的残渣酶解60小时水解率高达96.1%,分离后的碱液可以重复利用2-3次,进而降低预处理的成本。 对氢氧化钠处理的秸秆残渣进行了酶法水解,就其酶解动力学和机制以及酶解条件进行优化。结果表明底物的酶解得率与木质素的去除率有关,纤维素酶系的组成对酶解具有重要的影响,酶系中因纤维二糖酶的不足会造成纤维二糖对整个酶解的反馈抑制,可通过补加纤维二糖酶解除这种抑制;获得的最佳酶解条件为底物浓度80 g/L,纤维素酶加入量20 FPU/g底物,纤维二糖酶12 CBIU/g底物,此时,48 h酶解得率为86.7%。在此最优的条件下,进行3 L反应器实验48 h酶解得率89.3%。 以糖得率并结合红外分析稻草秸秆处理前后结晶指数的变化,筛选得到离子液体[EMIM]OAc,其对稻草秸秆具有较好的溶解特性。对处理秸秆(重生的纤维材料)的性能研究表明,重生的纤维材料由于结晶纤维素向无定型纤维素的转化,更易与酶形成酶与底物复合物,这种酶与底物复合物因酶与纤维素结合更为紧密而起到保护酶的作用,使纤维素酶能耐更高的温度,并在这样的温度下水解纤维素提高酶水解糖得率;通过考察[EMIM][OAc]浓度对纤维素酶的影响,发现[EMIM] [OAc]对纤维素酶具有较大的毒性,[EMIM] [OAc]达到3 M时,酶解液中基本上没有糖。同时,实验结果说明稻草秸秆的水解与木质素的去除和纤维素结晶度在一定范围内存在一定程度的对应关系,且木质素去除率与纤维素的结晶度呈拟合的线性关系。FTIRs、XRD和SEM对[EMIM] [OAc]处理秸秆的结构形态分析表明,稻草秸秆经[EMIM][OAc]处理后有部分纤维素转变为纤维素Ⅱ或无定型纤维素。 稻草秸秆用羟氧自由基处理,在Ox-B浓度、处理温度和液固比等单因素实验的基础上,基于Box-Benhnken中心组合实验设计原理,利用Design-Expert 7.0.0软件进行实验方案设计和数据拟合,得到羟氧自由基处理的最优条件为:Ox-B浓度为21g/L处理温度为57.2℃,液固比为40:1时。模型验证实验还原糖得率为94.5%,与预测值接近,表明实验结果与模型预测结果没有显著性差异。羟氧自由基处理稻草秸秆的效果明显,但是处理的稻草秸秆重量损失比较大。 对稻草秸秆用稀酸稀碱结合处理,获得纤维素含量为88.5%,木质素含量只有4.5%的纤维素含量丰富的底物,用耐高温活性干酵母40℃同步糖化发酵浓度160 g/L的底物,发酵液中乙醇浓度达到58.7 g/L,超过了蒸馏对于纤维素酒精发酵液含量不得低于50 g/L的要求,降低了纤维素酒精蒸馏阶段的能耗;物料平衡衡算的结果是:0.175kg乙醇/kg稻草秸秆(干重)即1kg稻草秸秆(干重)通过稀酸稀碱处理后,残渣同步糖化发酵得到0.125kg乙醇,结合半纤维素水解液的发酵所获得的0.05 kg,总共得到0.175kg乙醇/kg稻草秸秆(干重)。 休哈达假丝酵母(Candida shehatae 1766)木糖发酵的基础研究表明:该酵母在混合糖发酵时会优先利用葡糖糖;在纯木糖和混合糖相同糖浓度对比发酵中,两者乙醇产量和糖利用率没有太大区别,发酵72 h乙醇浓度都为16 g/L左右。休哈达假丝酵母(Candida shehatae 1766)半纤维素酸解液发酵结果表明,该菌株在较低的pH下具有较好发酵性能;对没有经过脱毒处理的半纤维素水解液也具有较好的发酵性能,发酵72 h乙醇浓度达到13.7 g/L。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ223.122

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭婷;许秀成;杨晨;杨德敏;朱晓帆;;胺基稻草纤维的制备及对电镀废水中Fe~(3+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附[J];现代化工;2011年06期
2 杨明妮;柴连周;毕先钧;;[Amim]Cl离子液体中微波辐射加热促进稻草秸秆酸水解制备还原糖[J];化学研究;2011年04期
3 黄涛;程康华;王传槐;;吐温-80及碱预处理对饲用稻草木质素含量和纤维素酶解产糖的影响[J];纤维素科学与技术;2011年02期
4 钱伯章;;离子液体可用于使生物质转化为糖或羟甲基糠醛[J];精细石油化工进展;2010年07期
5 ;环球扫描[J];中华纸业;2011年15期
6 阎映弟;黄凯;王丹婷;黄丹;;稻草季铵盐化及其在印染废水处理中的应用[J];印染;2011年16期
7 张楠;陈天虎;周跃飞;王进;金杰;黎少杰;;以秸秆为微生物碳源的尾矿原位修复:动态实验的初步分析[J];矿物岩石地球化学通报;2011年03期
8 岳建芝;李刚;张全国;;促进木质纤维素类生物质酶解的预处理技术综述[J];江苏农业科学;2011年03期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 都占魁;赵金生;杨正宇;;稻草秸秆组分的高效分离方法研究[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年
2 胡晓明;张无敌;高正卿;何桂源;陈勇;和智明;;黑曲霉处理稻草秸秆提高沼气发酵产气率的研究[A];2011年中国沼气学会学术年会暨第八届理事会第二次会议论文集[C];2011年
3 何丽媛;郭楚玲;党志;;不同载体固定高效降解菌去除水体中石油的研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
4 蔺丽丽;蒋文举;杨志山;;木质纤维素燃料乙醇的研究进展[A];生物质能源开发应用与固废污染控制——四川省环境科学学会固体废物处理专业委员会2010年度学术交流会论文集[C];2010年
5 沈葵忠;房桂干;储富祥;;生物精炼在造纸工业中的应用模式和发展趋势[A];低碳造纸理念与实践论坛论文集[C];2010年
6 曾涛;曾会才;陈汉清;;海南省部分纤维素酶高产菌株的分离与鉴定[A];2009年海南省微生物学检测及质量保证研讨会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 胡浩;李荣杰代表:秸秆变乙醇,可增“油”数亿吨[N];新华每日电讯;2010年
2 记者阎平、王振宏;企业造假 带来损失3亿多元 出口解禁 稻草行业重现生机[N];人民日报;2003年
3 记者 关媛媛;废料建房 冬暖夏凉[N];重庆日报;2009年
4 钱伯章;秸秆厌氧发酵制氢产气量提高[N];中国化工报;2009年
5 夏明;全球乙醇生物质原料开发加快[N];中国贸易报;2009年
6 张彦;乙醇生物质原料开发渐行渐近[N];中国石化报;2009年
7 新华社记者 阎平、王振宏;3亿元“买”来个“老教训”[N];新华每日电讯;2003年
8 本报记者 周雪松;走进生物石油“梦工厂”[N];中国经济时报;2010年
9 记者 刘晓东;姜堰桥头镇年产香菇600万公斤[N];江苏经济报;2009年
10 记者 彭溢 见习记者 车轮;玉米加工关键技术获突破[N];黑龙江日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 孙万里;稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究[D];江南大学;2010年
2 张秋卓;稻草秸秆降解中生物表面活性剂的增效作用及发酵新工艺[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 刘海臣;稻草秸秆同步糖化发酵制备纤维素乙醇的研究[D];中国矿业大学;2010年
4 张建;木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究[D];华东理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹璐;简青霉对稻草秸秆降解条件最优化和机理研究[D];湖南大学;2012年
2 王修胜;木质纤维素生物质预处理与水解过程的关键技术研究[D];华东理工大学;2011年
3 杨游;稻草秸秆氨化的机理研究及参数优化[D];西南农业大学;2004年
4 李明轩;室温条件下混菌发酵稻草秸秆的降解研究[D];延边大学;2012年
5 戴红霞;稻草秸杆纤维素生产酒精工艺技术条件探索[D];大庆石油学院;2005年
6 邵喜霞;秸秆降解菌的诱变筛选及降解效果研究[D];甘肃农业大学;2009年
7 缪宏超;稻草纤维和废蚕丝非织造布农用地膜的研制与性能研究[D];安徽农业大学;2008年
8 韩彬;稻草秸秆基活性炭的制备与应用[D];东华大学;2009年
9 龙传南;纤维素生物质生物转化制氢的研究[D];汕头大学;2010年
10 符志磊;稻草同时糖化发酵制酒精的影响因素研究[D];重庆大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026