可抽提物對玉米秸稈水熱預處理效果的影響研究.pdf

1、以資源量大、廉價、可再生的木質(zhì)纖維素資源為原料酶解后生產(chǎn)乙醇被認為是解決能源危機和環(huán)境污染的有效途徑之一。但是由于木質(zhì)纖維素材料的主要成分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在結構上相互纏繞，纖維素直接被酶解的效率很低。必須通過預處理去除半纖維素與木質(zhì)素對纖維素酶的阻礙，增大纖維素酶與纖維素的接觸面積才能獲得較高的酶解率。水熱預處理（Hydrothermal pretreatment）具有環(huán)境友好、無需抗腐蝕設備等優(yōu)點。但是從產(chǎn)業(yè)化利用的需要考慮，

2、目前的水熱預處理能耗需要進一步降低，預處理后纖維素酶解率及發(fā)酵后乙醇濃度還需要進一步提高?？沙樘嵛铮‥xtractives）是草本植物來源木質(zhì)纖維素材料的主要成分（含量10％~25%）。本論文以我國重要農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為研究對象，以降低水熱預處理活化能，提高玉米秸稈中纖維素酶解率及發(fā)酵后乙醇濃度為目標，研究玉米秸稈中可抽提物對水熱預處理效果的影響，建立改良的水熱預處理工藝，并考察玉米秸稈酶解率及發(fā)酵產(chǎn)乙醇情況，驗證改良工藝的效果。

3、r>　　首先，本文以玉米秸稈為處理對象，優(yōu)化水熱預處理參數(shù)，分析預處理后玉米秸稈的結構變化，對比完全去除可抽提物后玉米秸稈水熱預處理后的酶解率。在所選水熱預處理條件下（處理溫度：180~220℃，處理時間：10~25min），210℃下20min處理后獲得最高纖維素酶解率76.2%。結構分析表明，水熱預處理過程中位于半纖維素支鏈上的阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖組成的聚糖與主鏈之間的連接鍵較容易斷裂，部分酸可溶木質(zhì)素能夠在水熱預處理過程中被移

4、除。發(fā)揮催化作用的H+難以明顯破壞纖維素結晶區(qū)。水熱預處理過程中伴隨著假木質(zhì)素的生成?？沙樘嵛锬軌蛞种扑疅犷A處理后玉米秸稈的纖維素酶解。
　　其次，研究可抽提物對水熱預處理后固體結構及酶解影響。通過對比玉米秸稈和無可抽提物玉米秸稈水熱預處理后的表面形態(tài)以及測定可抽提物成分發(fā)現(xiàn)：可抽提物中的葡萄糖和結構與木質(zhì)素分解產(chǎn)物相同或相似的酚類等化合物能夠分別在水熱預處理過程中形成假木質(zhì)素。分子量測定以及13C固體核磁共振和紅外光譜分析表明，

5、可抽提物來源的假木質(zhì)素是具有芳香環(huán)、含有C=C的烴鏈、羧基以及酚羥基等結構的聚合物。其形成途徑是葡萄糖的脫水，縮合或（和）聚合以及酚類等結構與木質(zhì)素分解產(chǎn)物相同或相似的化合物的聚合。可抽提物來源的假木質(zhì)素能夠抑制纖維素的酶解，機制是空間阻礙作用和抑制纖維素酶活性。但纖維素酶能夠在酶解過程中移除部分假木質(zhì)素，使空間阻礙作用隨酶解時間延長而逐漸減小。移除假木質(zhì)素和重聚木質(zhì)素后，210℃下20min水熱預處理玉米秸稈的纖維素酶解率提高到92.

6、4%。
　　最后，研究可抽提物對水熱預處理過程及酶解發(fā)酵的影響。結果發(fā)現(xiàn)：可抽提物具有緩沖能力，水熱預處理過程中能夠抑制H+催化半纖維素的水解。基于上述可抽提物對水熱預處理影響的機理，建立去除可抽提物中緩沖物質(zhì)以及可以形成假木質(zhì)素的物質(zhì)后再進行水熱預處理的工藝：自來水為溶劑、液固比20：1、常壓室溫（20~30℃）、120r/min提取60min。移除這些物質(zhì)后水熱反應中半纖維素水解所需活化能從59.6kJ/mol下降到41.5k