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不同预处理工艺对竹子制备纤维素乙醇酶解效果的影响

诸力  
【摘要】:随着全球石化资源的日益枯竭和碳减排压力,生物质能源作为一种清洁可再生的新能源,其研究开发受到社会各界的广泛关注。纤维素乙醇是新型的液体代用燃料,预处理和酶解是其关键技术。 论文主要以竹子为原材料,采用氨纤维爆破(氨爆,AFEX)、蒸汽爆破(汽爆)、高温热水等物理化学预处理方法,以及H2O2处理后氨爆、稀酸处理后汽爆等多因子联合预处理方法,并通过酶解实验后的聚糖转化率和单糖总糖产量来确定预处理方法的效果。研究过程中还选取不同种类、不同竹龄的竹子,并与玉米秸秆、杨木等木质纤维素原料作了实验对比分析。原料成分、酶解工艺、单糖测定等实验方法主要采用美国国家可再生能源实验室(NREL)制定的实验分析规程。本文对预处理工艺进行了优化,主要涉及原料种类、含水率、预处理强度(温度、压力)、保留时间、原料装载比等参数。 论文主要有以下结论: (1)预处理工艺对生物质原料具有显著的选择性,同一工艺对不同原料的处理效果存在显著差异。这可能与原料的化学组成、表面致密性和木质化程度有关,筛选聚糖含量高且木质化程度较低的原材料尤其重要。竹子的聚糖含量高,处理难度低于木材,高于农作物秸秆,竹龄对酶解率有重要影响。 (2)多因子的联合处理效果显著好于单因子处理,联合预处理方法是提升难处理原料酶解效果的重要途径。 (3)较高强度的预处理过程,导致聚糖或单糖分解,必须通过质量平衡来分析从原料获得单糖的准确得率。 (4)部分预处理优化工艺与酶解得率:1)一年生毛竹AFEX预处理优化工艺:原材料的相对湿度60%,原料装载比2:1,处理温度150℃,保留时间10分钟。葡聚糖和木聚糖酶解72小时转化率分别为52.35%和91.66%,100g干基单糖总产量42.6g,是未处理材料(UT)的6.1倍;相近条件下,3年生绿竹的单糖得率是UT组的1.8倍。2)联合AFEX预处理(添加H2O2)优化后最佳参数为:H2O2添加量为80%,装载比2:1,处理温度150℃,保留时间10分钟。葡聚糖和木聚糖转化率为69.92%和94.23%,100g干基单糖总产量49.1g,是UT组的7.1倍,总糖转化率达理论值的76%。3) AFEX预处理玉米秸秆最优参数是处理温度90℃,装载量比1:1,反应时间5分钟,含水率60%,葡聚糖和木聚糖转化率为87.43%和96.53%,100g干基总单糖得61.9g。4)联合AFEX预处理杨木最优参数:温度为90oC,H2O2添加量为60%,保留时间10分钟,氨装载比2:1,葡聚糖和木聚糖转化率为43.24%和49.10%,100g杨木干基总糖产量24.8g,是UT组的2.9倍。5)蒸汽爆法预处理竹子当汽爆强度指数log(R0)为3.65时单糖得率最高,比UT组增加了2.1倍。


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