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复合功能微乳液的制备及在生物质中的预处理研究

汪滨  
【摘要】:木质纤维生物质能源的开发和利用一直是国内外研究热点,其关键在于如何有效改善生物质预处理,提高酶解糖化效率。本论文提出一种复合功能微乳液预处理新方法,研究其最佳配方、物理化学性质以及预处理工艺,并阐明预处理作用机理。这对于开发新的生物质预处理方法,克服传统工艺能耗及成本高的缺陷具有重要意义。 复合功能微乳液各组分以及氨水/BmimCl的掺杂量对微乳体系的形成及物理化学性质的变化具有重要影响。根据拟三元相图分析,不添加助表面活性剂或添加量较小时,体系溶水量的增大会促使液晶相的产生。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,正丁醇为助表面活性剂,环己烷为油相,Km(表面活性剂和助表面活性剂的质量比)=2时,形成的微乳液热稳定性好,微乳区面积占总面积的60%左右;氨水/BmimCl掺杂量为30%时对微乳液形成的影响可以忽略。 微乳液相态的转化可以通过体系电导率随水相含量的变化规律进行判断,油包水(W/O)型微乳液电导率较低,水包油(O/W)型较高,双连续型则介于二者之间。微乳液的表面张力(24.5~25.0mN/m)小于普通乳状液,且随体系含水量的增加而增大。对于CTAB形成的微乳液,平均粒径小于100nm,且体系含水量达到65%以上时,在2nm附近出现一个强度较小的由分散相引起的粒径分布峰。对于TX-100形成的微乳液,在温度升高时易产生破乳,而CTAB形成的微乳液在高温下仍保持良好的稳定性。 相对于一般的水溶液、有机溶剂和乳状液,复合功能微乳液对生物质具有超强的渗透能力(渗透速率和饱和渗透量)。在30℃、浸渍3000min时,复合功能微乳液(CTAB:正丁醇:环己烷:BminCl:氨水=1:2:1:3:3,质量比)对竹子的渗透能力达到90%。 复合功能微乳液预处理(以竹子为原料)的最优工艺为:原料粒径40~60目,反应温度70℃,处理时间16h,此条件下木素脱除率为33.7%,底物纤维素含量为63.65%,酶解后还原糖得率达到67.8%。FT-IR分析表明预处理过程中半纤维素和木素部分脱除,纤维素得到很好保护;预处理后木质纤维的相对结晶度(CrI)由50.1增加到50.8,且最大热失重峰后移至339.7℃(原料327.1℃),热稳定性增加;预处理改变了底物原有的致密结构,暴露出单根纤维的轮廓,产生褶皱和断层,表面有大量直径约为1μm的孔洞,有利于酶液通过孔隙进入纤维内部,与纤维接触更加充分,提高酶解效率。


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