木質(zhì)纖維生物原料分拆新技術(shù)探索研究.pdf

1、隨著煤炭石油等不可再生能源的消耗，在不遠的將來，能源將成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，因此，尋找新型的可再生能源已經(jīng)成為人類迫在眉睫的任務。木質(zhì)纖維是地球上產(chǎn)量最豐富的可再生能源，有秸稈、農(nóng)村廢棄物、城市垃圾等多種來源。目前木質(zhì)纖維一般被直接廢棄或燃燒，造成能源的極大浪費。由木質(zhì)纖維生產(chǎn)燃料酒精，一般需要經(jīng)過以下4步：預處理、酶解、發(fā)酵和分離純化。而其中的預處理過程是實現(xiàn)木質(zhì)纖維利用的關(guān)鍵步驟，同時也是能耗最高的步驟，約占木質(zhì)纖維處理成本的1/

2、3。因此改善木質(zhì)纖維預處理技術(shù)，成為世界上研究最多的領(lǐng)域之一。 本文在比較不同預處理方法的基礎(chǔ)上，確定利用三氟乙酸進行木質(zhì)纖維預處理。三氟乙酸一種強揮發(fā)性酸，可以利用蒸餾的方式直接回收。利用高濃度三氟乙酸進行秸稈預處理，既可達到濃酸處理效果：糖化率高、反應完全，同時解決了濃酸在使用過程中的回收、循環(huán)使用問題。研究發(fā)現(xiàn)，利用100％三氟乙酸，在60℃條件下反應16h，秸稈可以完全被液化，加入有機溶劑或蒸餾水可使纖維素和酸不溶性木質(zhì)

3、素沉淀析出，半纖維素被降解為單糖或寡糖溶解于清液中。但在該條件下秸稈中纖維素和酸不溶性木質(zhì)素不能進行有效分離。通過對影響反應效果的主要因素的分析，確定出反應條件為：三氟乙酸濃度70％（v/v）、反應溫度90℃、反應時間5h。反應結(jié)束后，半纖維素被降解，清液中還原糖含量為23.59±1.14％；在該條件下，低聚木糖降解率為98.05±1.14％。處理后秸稈利用纖維素酶HDL160在50℃、200rpm/min條件下酶解24h，經(jīng)預處理秸稈

4、中的纖維素被降解為葡萄糖，溶解于溶液中，剩余殘渣為純度為95.69±1.43％的酸不溶性木質(zhì)素。通過上述處理方法，可以得到三種產(chǎn)品：五碳糖溶液、六碳糖溶液和酸不溶性木質(zhì)素。五碳糖溶液中92.48％±1.34％為木糖，可通過還原反應生產(chǎn)木糖醇或直接作為木糖產(chǎn)品；六碳糖溶液中93.85％±1.15％為葡萄糖，其他還原糖含量很少，可直接利用釀酒酵母發(fā)酵制備酒精；所得酸不溶性木質(zhì)素純度達到95.69±1.43％，可直接作為工業(yè)產(chǎn)品。 本

5、文根據(jù)研究過程，設(shè)計出了可將秸稈中半纖維素、纖維素和酸不溶性木質(zhì)素進行有效分離的工藝流程：首先利用70％三氟乙酸在90℃條件下將秸稈處理5h，反應液經(jīng)離心得清液和處理后秸稈，清液即為五碳糖溶液；處理后秸稈經(jīng)纖維素酶HDL160降解，酶解液為六碳糖溶液，酶解殘渣為酸不溶性木質(zhì)素。利用三氟乙酸進行木質(zhì)纖維預處理，不僅打開了半纖維素和木質(zhì)素所形成的致密髓鞘結(jié)構(gòu)，更重要的是破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，使處理后所得木質(zhì)纖維很容易被纖維素酶降解，生成葡萄