球磨結(jié)合稀酸、真菌和超聲處理法降解木質(zhì)纖維素的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)上對化石燃料日益增加的依賴性與有限的化石資源的矛盾嚴重影響了國家的能源安全。利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化得到生物燃料可以降低國家對原油進口的依賴性，增強國家安全。在我國利用木質(zhì)纖維素原料來生產(chǎn)生物乙醇具有重要的經(jīng)濟效益和社會意義。我國木質(zhì)纖維素資源豐富，但是利用率非常低，大部分只是作為燃料或造紙工業(yè)等使用，不僅浪費資源并且嚴重污染環(huán)境。因此，在我國開發(fā)利用木質(zhì)纖維素原料來生產(chǎn)燃料乙醇前景廣闊，具有重要的現(xiàn)實意義。
　

2、　 本論文選擇小麥秸稈和樺木木屑作為草本類和木本類這兩種植物類型的代表原料，在濕法球磨中采用稀檸檬酸、簡青霉H5和超聲波的處理方法，來降解小麥秸稈和樺木木屑。研究常溫常壓條件下，將球磨方法與稀酸處理法、真菌處理法和超聲處理法聯(lián)用，來降解木質(zhì)纖維素的過程。
　　 論文首先采用濕法球磨聯(lián)合檸檬酸對秸稈和木屑進行降解，研究不同pH值的檸檬酸對秸稈和木屑酸水解的作用，得到如下研究結(jié)果:(1)稀酸-球磨系統(tǒng)可以在常溫常壓下降解秸稈和木屑

3、，還原性糖產(chǎn)率分別為186.9 mg/g和120.5 mg/g。(2)商品纖維素酶的加入不能與機械球磨-稀酸降解法形成良好的協(xié)同作用，糖產(chǎn)率低于單獨的機械球磨-稀酸降解法，酶活力也快速喪失。(3)稀酸-球磨降解過程對葡萄糖和木糖起不同的作用，其中葡萄糖的含量隨著球磨時間的延長而增加，木糖的含量隨著球磨時間的延長而減少。球磨體系的pH值會影響木屑的降解情況，木屑在pH=5、6的檸檬酸體系中得到的糖產(chǎn)率高于pH=3、4的體系中的糖產(chǎn)率。(4

4、)隨著球磨時間的延長，反應液的pH值向堿性方向偏移，在球磨24 h后達到平衡，秸稈和木屑的最佳降解體系的pH值分別為6.5和8.5。(5)XRD和ESEM測試結(jié)果表明，球磨破壞了纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，增大了無定形態(tài)纖維素的比率和反應活性面積，從而使得秸稈和木屑中的纖維素更容易被弱酸滲透，從而發(fā)生水解。(6)紅外光譜和紫外掃描結(jié)果表明，球磨處理之后秸稈和木屑中的木質(zhì)素成分基本被破壞，木質(zhì)素的降解使得纖維素更容易被水解，從而提高其糖化率。與工業(yè)

5、上常用的高溫高壓酸水解法相比，機械球磨協(xié)同稀酸的方法能夠在常溫常壓下降解天然木質(zhì)纖維素，反應簡單溫和，基本無污染，但是糖化率仍然較低。
　　 其次采用濕法球磨聯(lián)合稀檸檬酸和簡青霉H5對秸稈和木屑進行降解，研究簡青霉H5對秸稈和木屑酸水解及生物降解的作用。得到如下實驗結(jié)果:(1)簡青霉的加入可以顯著的促進秸稈和木屑的降解，還原性糖產(chǎn)率分別為216.9 mg/g和245.3 mg/g。(2)簡青霉的加入可以與稀酸-球磨降解法形成良好

6、的協(xié)同作用，簡青霉H5的生長及其產(chǎn)酶活力可以在球磨條件下保持24 h，糖產(chǎn)率也高于稀酸-球磨降解法，簡青霉H5非常適合球磨降解天然木質(zhì)纖維素產(chǎn)物。(3)稀酸-真菌-球磨過程也對葡萄糖和木糖起相反的作用。簡青霉H5的加入會影響木屑的降解效果。其中木屑在pH=4、5的H5-檸檬酸體系中得到的糖產(chǎn)率高于pH=3、6的H5-檸檬酸體系中的糖產(chǎn)率。(4)加入簡青霉H5以后，隨著球磨時間的延長秸稈和木屬反應液的pH值向堿性方向偏移，在球磨12h后基

7、本達到平衡，最佳降解體系的pH值分別為6.5和7.5，基本保持在中性范圍。(5) XRD和ESEM圖結(jié)果表明，稀酸-真菌-球磨系統(tǒng)破壞了秸稈和木屑的晶體結(jié)構(gòu)。在球磨短時間內(nèi)，簡青霉H5加入后由于優(yōu)先分解無定型纖維素部分，秸稈和木屑的結(jié)晶度會高于不加入簡青霉H5的。長時間球磨之后秸稈和木屑的結(jié)晶度都會下降，無定形態(tài)纖維素的比率和反應活性面積增大，從而使得秸稈和木屑中的纖維素更容易被弱酸滲透，更容易被水解。(6)紅外光譜和紫外掃描結(jié)果表明，

8、球磨處理之后秸稈和木屑中的木質(zhì)素成分基本被破壞，簡青霉H5的加入促進了木質(zhì)素部分的降解，從而提高糖化率?？傊喦嗝笻5的加入可以顯著促進秸稈和木屑中纖維素和木質(zhì)素的降解，糖化率較高，反應條件溫和，反應過程簡單且基本無污染，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
　　 最后采用超聲波技術(shù)對樺木木屑進行預處理，之后再進行固液球磨降解，發(fā)現(xiàn)短時間的超聲預處理可以促進木屑的水解。得到如下實驗結(jié)果:(1)超聲預處理10min能有效促進木屑水解，還原性糖產(chǎn)率為1

9、26.84 mg/g木屑。(2)超聲波預處理可以顯著促進木屑在稀酸-真菌-球磨系統(tǒng)中的降解情況，提高了木屑的糖化率。木屑中的還原糖得率高峰的時間從48 h縮短為36 h，最大還原糖得率從245.3 mg/g木屑增大為311.2 mg/g木屑。(3)超聲波預處理對葡萄糖和木糖的溶出都起到促進作用。(4)超聲波預處理后，隨著球磨時間的延長木屑降解后反應液的pH值向堿性方向偏移，在球磨12h后基本達到平衡，球磨后反應液基本保持在中性。(5)

10、XRD和ESEM圖結(jié)果表明，超聲波預處理使得木屑的結(jié)晶度略有下降，而稀酸-真菌-球磨系統(tǒng)破壞了木屑的晶體結(jié)構(gòu)。短時間(12h)球磨處理纖維時，超聲波預處理過的木屑纖維的結(jié)晶度比不經(jīng)過超聲波處理的要高。隨著球磨時間的延長，木屑纖維素晶體被大量破壞，生成更多的不定形態(tài)纖維素，結(jié)晶度下降，反應活性面積增大，從而使得木屑中的纖維素更容易被弱酸滲透，更容易被水解。(6)紅外光譜和紫外掃描結(jié)果表明，球磨處理之后秸稈和木屑中的木質(zhì)素成分基本被破壞，而

11、超聲波預處理過程促進了木屑中木質(zhì)素部分的降解，使得纖維素更容易被水解，從而提高其糖化率。因此超聲波預處理的加入可以顯著促進木屑中纖維素和木質(zhì)素的降解，并且對木屑中葡萄糖和木糖的溶出都起到促進作用，糖化率較高，反應條件溫和，反應過程簡單且基本無污染，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
　　 本論文采用的固液球磨聯(lián)合稀酸、真菌、超聲波作用的方法降解天然木質(zhì)纖維素原料小麥秸稈和木屑。降解后的糖化率較高，反應過程簡單，反應條件溫和，對環(huán)境基本無污染，微生