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甜高粱碱—酸预处理产醇及副产品综合利用的研究

张和平  
【摘要】:能源危机和温室气体排放,使生物能源研发成为热点,其中生物乙醇是理想的液体燃料。甜高粱是优质的能源作物,其茎秆含糖量大,秸秆生物质产量高,可用于木质纤维乙醇的生产。木质纤维乙醇生产包括三个主要步骤:理化预处理、酶解产糖和乙醇发酵。本研究以2种自然品系(NS19、NS143),1种野生型(Wild Type,WT)及其突变体11M-77为实验材料,利用相对温和的预处理和半同步糖化发酵(Semi-saccharification and simultaneous fermentation,SSSF)的方法,制取纤维乙醇。同时,有效生产多个副产物用于工农业生产。主要结果如下:1.四种材料(NS19、NS143、11M-77、WT)鲜重产量为27.66-108.9 t/ha、干重产量为6.16-20.30 t/ha,木质纤维素产量高。2.四种材料的汁液可溶性糖含量占干重的11.61%-23.02%,纤维素含量占28.64%-31.75%,半纤维素含量为22.24%-30.59%,木质素含量占13.15%-14.83%。3.通过2%KOH和1%H_2SO_4两步法预处理,四种甜高粱材料的酶解产糖效率达80.90%-91.71%,秆渣乙醇产率达到17.63%-20.04%(%干重),秆渣和汁液总乙醇产率21.96%-27.22%,每公顷乙醇产量达到1.51-5.53吨,四种材料的糖醇转化率分别为48.01%、45.47%、44.30%和48.94%,为理论值的94.14%、89.16%、86.86%和95.96%。4.2%KOH能分别提取23.78%-37.02%的半纤维素和34.17%-65.91%的木质素;进一步可以通过醇析和酸析回收,碱溶半纤维素的回收率为半纤维素总量的16.41%-17.70%,碱溶木质素的回收率为木质素总量的16.21%-20.77%,析出半纤维素纯度为67.59%-77.54%,析出木质素纯度为83.09%-88.71%。5.发酵残液含有19.05%-24.39%的戊糖,可用作木糖醇的原料;用6 mol/L HCl析出2%KOH预处理中木质素后,同时生产KCl肥料,而发酵液中K_2SO_4可加工为液体或固体K_2SO_4肥料。6.四种材料的发酵残渣得率为11.54%-16.20%(%干重),其中纤维素含量为21.63%-26.05%,半纤维素占10.70%-18.68%,木质素含量为31.54%-43.45%,故发酵残渣以木质素为主。总之,此研究可以使甜高粱秆渣纤维素高效降解产糖,同时利用了秆渣残糖,从而最大化提高乙醇产率,此外还可生产多种副产品,增加甜高粱的附加值,减少废物排放。


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