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《齐鲁工业大学》 2016年
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氧气/离子液体预处理对麦草酶解效率的影响

陈德坤  
【摘要】:近十年来寻找可再生的替代能源成为世界各国的研究热点,生物质能源已经成为世界排位仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。研究发展生物质能源产业,符合我国资源环境和谐发展的战略目标。木质纤维素可转化为可发酵糖,从被认为是有前途的生物燃料和生物基产品材料。纤维素可通过纤维素酶水解为葡萄糖,但酶解反应受孔隙率、纤维可及度、纤维比表面积、纤维素结晶度和木质素含量的影响,因此,纤维素酶水解前需要进行预处理以降低纤维素的结晶度和提高纤维的孔隙率。研究发现多种离子液体可溶解纤维素,其中离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)是较好的纤维素溶剂,其具有无毒、无腐烛性、常温下呈液态、粘度低、对纤维素溶解能力较强的特点,因此其在纤维素溶解加工及制备纤维素纤维方面具有较好的应用前景。本论文研究选用氧气协同离子液体([EMIM]AC)对麦草进行预处理,优化预处理工艺条件,以提高麦草后续酶水解效率。通过扫描电镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析,探索预处理前后麦草的化学结构和结晶度变化,研究结果可为生物质的转化利用提供理论指导。首先,探讨了单独离子液体预处理对麦草预处理的工艺条件,结果发现,固液比为1:1.5时,离子液体预处理麦草较适宜的条件为温度130℃和处理时间6 h,此条件下,麦草纤维素相对含量由41.4%上升到58.2%,半纤维素含量由23.6%下降到18.4%,木素含量降低了22.0%,还原糖得率增加到58.6%,明显高于高于未经过处理的麦草还原糖得率11.8%。SEM和XRD分析表明,经过单独离子液体预处理后麦草纤维表面粗糙、多孔、疏松,纤维结晶度降低了8.8%。FT-IR结果显示,单独离子液体预处理过程中没产生衍生现象,麦草主体化学结构无明显变化。氧气协同离子液体预处理后,结果发现,固液比为1:1.5时,氧气协同离子液体预处理麦草较适宜的条件为温度130℃、氧压0.4 MPa和处理时间6 h,纤维素相对含量由41.4%上升到61.2%,增加幅度为47.8%,半纤维素含量由23.6%下降到17.4%,降低幅度为26.2%,而木素含量降低了35.1%,还原糖得率增加到65.1%,明显高于未经过处理的麦草还原糖得率11.8%。分析表明,经过预处理后麦草纤维表面粗糙、多孔、疏松,纤维结晶度降低了12.6%,氧气协同离子液体预处理破坏了纤维表层的纹孔膜,使纤维表面暴露出更多的空隙,更有利于离子液体进入纤维内部,使麦草纤维发生润胀和溶解,进而增加后续纤维素酶与麦草纤维的接触面积,提高酶解效率。FT-IR结果显示,氧气协同离子液体预处理过程中,木素结构中的苯环发生了开裂。经过单独离子液体预处理和氧气协同离子液体预处理后,纤维表面均出现粗糙、凹凸不平、多孔,疏松等现象,但经过单独离子液体预处理后,麦草纤维多出现表皮疏松和脱落现象,而经过氧气协同离子液体预处理后麦草纤维表皮疏松和脱落严重,而且结构遭到一定程度的破坏。未经过预处理的麦草纤维结晶度为44.5%,经过离子液体处理后麦草纤维结晶度为35.7%,结晶度降低了8.8%,而经过氧气协同离子液体处理后麦草纤维结晶度为31.9%,结晶度降低了12.6%,这表明在氧气氛围下,更有利于降低纤维的结晶度。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ353.1

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