以秸稈和城市生活垃圾為原料制備燃料乙醇的研究.pdf

1、能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。當(dāng)今世界，能源短缺，給經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了很多制約因素。燃料乙醇被稱為不會(huì)增加碳排放的清潔能源，取之不盡、用之不竭的可再生能源，已成為發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。開發(fā)燃料乙醇有兩大難點(diǎn):(1)原料的預(yù)處理和糖化問題;(2)六碳糖與五碳糖共發(fā)酵問題。本工作圍繞這兩大問題展開研究，找到和建立了一些解決問題的新方法和新思路。
　　針對糧食乙醇原料緊俏，研究了以農(nóng)林纖維素廢料和城市垃圾為原料制取燃料乙醇的可行性，結(jié)果

2、發(fā)現(xiàn)，秸稈和城市生活垃圾中的廚余垃圾和廢紙均可作為生產(chǎn)燃料乙醇的原料?，F(xiàn)代城市垃圾的分類收集方式大大降低了垃圾分揀成本。廚余垃圾含有大約50％的淀粉類物質(zhì)，用糖化酶糖化、發(fā)酵即可制得燃料乙醇，其工藝與糧食乙醇相當(dāng)。廢紙中含有的纖維素和半纖維素大約接近80％，其水解、糖化、發(fā)酵工藝與農(nóng)林纖維素相當(dāng)。
　　為解決原料的預(yù)處理和糖化問題，在研究現(xiàn)有的酸法預(yù)處理的基礎(chǔ)上，提出了超濃酸法、微波聯(lián)合酸法、水性離子液體法等新的預(yù)處理糖化方法及其

3、機(jī)制，探討了具體的工藝。結(jié)果表明，以超濃鹽酸為溶劑在常溫下預(yù)處理秸稈，其還原糖收率為28.7％，秸稈消解率接近100％。微波聯(lián)合酸法預(yù)處理廢紙的還原糖得率比常規(guī)加熱方式得糖率提高20％，是去離子水浸泡微波輻射(40min還原糖得率僅為0.15％)下得糖率的88倍;微波聯(lián)合酸法預(yù)處理廚余垃圾的還原糖得率比未經(jīng)預(yù)處理的廚余垃圾酶水解糖產(chǎn)量提高46.1％，說明微波輻射聯(lián)合酸法預(yù)處理生活垃圾的方式能有效促進(jìn)水解糖化過程，提高還原糖得率。提出了水

4、性離子液體對木質(zhì)纖維素進(jìn)行水解的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以濃度為25％的水性離子液體溶液為溶劑預(yù)處理秸稈的還原糖得率達(dá)93.69％，優(yōu)于稀酸溶液預(yù)處理秸稈的還原糖得率26.97％;進(jìn)一步的研究表明，對于秸稈，稀酸水解的活化能為157KJ/mol，超濃鹽酸水解活化能為116KJ/mol，離子液體水解活化能為107KJ/mol，水性離子液體水解活化能為43KJ/mol，說明水性離子液體為溶劑更有利于秸稈水解反應(yīng)的進(jìn)行，且離子液體可以多次重復(fù)利

5、用而秸稈水解糖化效果維持穩(wěn)定，具有很好的經(jīng)濟(jì)性;同時(shí)采用水性離子液體預(yù)處理秸稈，離子液體用量降低，而且在離子液體循環(huán)利用過程中不需要將離子液體完全除去水分，從而節(jié)省操作流程和能源，降低了成本。
　　為解決五碳糖對六碳糖發(fā)酵的抑制問題，提出了嗜單寧管囊酵母和釀酒酵母固定化發(fā)酵工藝，用其對廢棄秸稈和生活垃圾的酶水解液進(jìn)行靜態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明，固定化菌種對水解液的發(fā)酵效果明顯好于游離菌種的發(fā)酵效果，比游離菌種情況下乙醇產(chǎn)量提高38.1％。

6、同時(shí)設(shè)計(jì)了非等溫動(dòng)態(tài)發(fā)酵的新的發(fā)酵方案。根據(jù)微生物生長溫度和產(chǎn)物合成溫度不一致的情況，在發(fā)酵過程中通過變化溫度來確保菌種的穩(wěn)定生長并最大限度的提高乙醇產(chǎn)量，很好的改善了發(fā)酵效果，乙醇濃度達(dá)到7.1％，與靜態(tài)恒溫發(fā)酵相比乙醇產(chǎn)率提高了18.3％。
　　最后創(chuàng)新性地以沸石作為吸附介質(zhì)對葡萄糖和離子液體混合體系進(jìn)行分離，試驗(yàn)結(jié)果表明，沸石對葡萄糖有一定的吸附，對離子液體幾乎無吸附，同時(shí)葡萄糖從沸石上解吸附百分比最高達(dá)到99.83％，從而