醇水混合溶劑對木質(zhì)纖維素超低酸水解的影響及其水解動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展,石化能源日益緊缺,長期使用石化能源將給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)帶來不可持續(xù)的發(fā)展,而新能源中水能、核能、太陽能、風(fēng)能的發(fā)展又有其局限性。在未來的發(fā)展新經(jīng)濟(jì)能源中,生物能源將起主導(dǎo)作用。我國自古以來是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,有著廣泛的生物質(zhì)資源,利用生物質(zhì)制備燃料乙醇具有巨大的潛在發(fā)展空間。生物質(zhì)制備燃料乙醇最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是將纖維素水解成可發(fā)酵糖,本文利用醇-水混合溶劑對棉花秸稈進(jìn)行水解,為還原糖濃度的提高提供可行性,為木質(zhì)纖維素水解過程的

2、進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　本文首先對間歇操作條件下醇-水混合溶劑水解木質(zhì)纖維素的工藝條件進(jìn)行研究。采用自制的間歇反應(yīng)器,將粉末狀的棉花秸稈進(jìn)行水解,水解液用DNS法檢測其可還原糖的含量,用GC—MS定性分析還原糖降解產(chǎn)物,固體殘?jiān)ㄟ^掃描電鏡分析、紅外光譜分析及物料組分分析,進(jìn)行從外觀形貌和物質(zhì)微觀變化的分析研究。對醇-水混合溶劑體積比、醇種類(碳鏈長度和羥基數(shù)量)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、硫酸濃度進(jìn)行考察。研究結(jié)果表明,在相同的

3、溫度、時(shí)間條件下,乙醇的加入有利于提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率,抑制還原糖的降解,但過高體積比的乙醇反而會(huì)降低還原糖的生成速率,起到不利的作用;碳鏈長度越長,羥基數(shù)量越多,對反應(yīng)越有利,異丙醇和乙二醇混合溶劑水解得到的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度高與乙醇-水混合溶劑;溫度為190℃、壓力為1.5MPa、乙醇-水混合溶劑體積比為30％時(shí),生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度分別為46.23%和11.77g/L,而相同條件下純水溶劑的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度為41.9

4、7%和8.68g/L。其次,通過掃描電鏡對棉花秸稈在不同乙醇體積比水解后的固體殘?jiān)治霭l(fā)現(xiàn),乙醇體積比為30%時(shí),秸稈形貌破壞最為嚴(yán)重;紅外光譜分析發(fā)現(xiàn),水解后的固體結(jié)晶度值較原料要低,乙醇的加入明顯降低了結(jié)晶度值;組分分析發(fā)現(xiàn),水解后的固體中纖維素和半纖維素的含量明顯降低;三種分析方法的結(jié)果一致。GC—MS測出了純水溶劑水解時(shí),生成了部分有機(jī)酸,而混合溶劑的水解液中有機(jī)酸消失酯類出現(xiàn)。最后,通過對木質(zhì)纖維素間歇水解過程的分析,構(gòu)建出集