玉米秸稈發(fā)酵前金屬離子處理及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素(如玉米秸稈)是一種可再生的生物質(zhì)資源，主要由半纖維素、木質(zhì)素和纖維素組成。其中纖維素目前被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵、化工等行業(yè)中。我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年有幾億噸農(nóng)作物秸稈廢棄物產(chǎn)生，如果對(duì)這些廢棄秸稈進(jìn)行綜合利用，如利用玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)乳酸、生物乙醇等，不僅可以有效的減少環(huán)境污染，而且還能帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，利用玉米秸稈來生產(chǎn)乳酸等生物產(chǎn)品是一種有效的廢物利用方式，然而合理的預(yù)處理方法是降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)酶解高效轉(zhuǎn)化的關(guān)

2、鍵。
　　 本論文以玉米秸稈為研究對(duì)象，首先采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化三種金屬離子溶液預(yù)處理玉米秸稈工藝條件，考察了其對(duì)玉米秸稈酶解效率及結(jié)構(gòu)的影響，然后，將金屬離子溶液預(yù)處理方法作為一種新的活化方式，運(yùn)用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化了離子液體[BMIM]C1處理秸稈活化后條件，并將其處理后的物料與原料進(jìn)行了對(duì)比分析，最后確定三氯化鐵溶液為最優(yōu)活化方式，并對(duì)其活化后的玉米秸稈物料進(jìn)行了熱動(dòng)力學(xué)分析研究，以為實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。
　　

3、首先，選取三氯化鐵溶液、氯化鋅溶液、三氯化鋁溶液作為預(yù)處理方法，采用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，運(yùn)用DPS軟件對(duì)金屬離子預(yù)處理玉米秸稈進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并對(duì)預(yù)處理前后的玉米秸稈組分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。酶解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未經(jīng)任何的處理玉米秸稈相比，金屬離子溶液預(yù)處理后的樣品還原糖產(chǎn)率分別提高了131.6％，119.49％，46.6%；組分分析結(jié)果表明，處理后物料的非定形物質(zhì)顯著減少，纖維素相對(duì)含量分別提高了72.19％，18.54％，7.95％；

4、XRD和SEM結(jié)果表明秸稈空間結(jié)構(gòu)被破壞。最佳還原糖產(chǎn)率金屬離子溶液預(yù)處理工藝參數(shù)：三氯化鐵溶液濃度0.6mol/1、反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間15min、液固比10:1ml/g；氯化鋅溶液濃度0.6mol/1、反應(yīng)溫度120℃、反應(yīng)時(shí)間30min，液固比10:1ml/g；三氯化鋁溶液濃度0.3mol/1、反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間30min，液固比15:1ml/g。
　　 其次，選取最優(yōu)條件下三種金屬離子溶液活化處理后的物料，

5、采用新近發(fā)展的離子液體分別溶解上述物料，利用響應(yīng)曲面法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最優(yōu)條件，并對(duì)處理前后的物料結(jié)構(gòu)和組分含量進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未經(jīng)任何處理的玉米秸稈原料相比，酶解還原糖產(chǎn)率分別提高了157.85%，154.14％，150.41％；化學(xué)組分及結(jié)構(gòu)形貌分析表明：離子液體處理后物料纖維素含量顯著增加，分別提高了68.11％，63.24％，60.54%；XRD和SEM結(jié)果表明經(jīng)過離子液體處理后物料相對(duì)結(jié)晶度降低，此結(jié)構(gòu)更有利于纖維素

6、酶分子的吸附。最佳還原糖產(chǎn)率離子液體處理金屬離子溶液活化后物料工藝參數(shù)：離子液體處理三氯化鐵溶液活化后物料，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.2％，反應(yīng)溫度為85℃，反應(yīng)時(shí)間為185min；離子液體處理氯化鋅溶液活化后物料，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.8％，反應(yīng)溫度為103℃，反應(yīng)時(shí)間為357min；離子液體處理三氯化鋁溶液活化后物料，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6％，反應(yīng)溫度為105℃，反應(yīng)時(shí)間為230min。
　　 最后，綜合還原糖酶解得率及活化處理后物料的結(jié)

7、構(gòu)分析結(jié)果，表明三氯化鐵溶液活化處理后的物料結(jié)果最優(yōu)，因此選擇經(jīng)三氯化鐵溶液活化以及離子液體[BMIM]C1處理活化后的玉米秸稈物料進(jìn)行熱動(dòng)力學(xué)分析研究。結(jié)果表明，玉米秸稈熱解過程分為：失水、主反應(yīng)、碳化分解階段；處理后物料的熱穩(wěn)定順序?yàn)椋涸?三氯化鐵溶液處理>離子液體處理三氯化鐵溶液活化。
　　 本論文首次對(duì)三種金屬離子溶液預(yù)處理玉米秸稈的工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，并對(duì)三氯化鐵溶液處理后物料的熱動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入分析，這些基礎(chǔ)研