離子液體預(yù)處理對(duì)雜交狼尾草纖維素酶解效率的影響.pdf

1、植物纖維是生產(chǎn)可再生能源和精細(xì)化學(xué)品的天然可再生原材料。由于植物細(xì)胞壁具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)及頑抗的抗降解性，增加了植物纖維轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品過(guò)程中的難度，因此需要對(duì)植物纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，破壞半纖維素和木素對(duì)纖維素的包裹作用，以提高植物纖維素的水解效率。本文以新型禾本科能源作物——雜交狼尾草為研究對(duì)象，探究了1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽（[Amim]Cl）體系和氧氣（O2）/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Emim]Ac）體系預(yù)處理對(duì)雜交狼尾

2、草纖維素酶解效率的影響。
　　首先，采用中心組合設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合響應(yīng)面法（RSM）確定了較優(yōu)的[Amim]Cl預(yù)處理工藝條件為：預(yù)處理溫度139℃、反應(yīng)時(shí)間178 min和固體含量9.06 wt％，在此處理?xiàng)l件下，相對(duì)于酶水解樣品的葡萄糖得率為72.21%。建立了預(yù)測(cè)葡萄糖得率的二次模型，經(jīng)過(guò)方差分析（ANOVA）模型的F和R2值分別為65、0.9832，具有較高的顯著性。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：預(yù)處理溫度與固體含量的交互作用

3、對(duì)后續(xù)酶解效率的影響更加顯著。
　　其次，探究了[Amim]Cl預(yù)處理前后雜交狼尾草纖維微觀結(jié)構(gòu)及酶解性能的變化。組分分析結(jié)果表明：[Amim]Cl預(yù)處理后雜交狼尾草纖維素相對(duì)含量提高了22.90%，半纖維和木素含量分別降低了31.25%、12.78%。紅外光譜（FT-IR）結(jié)合高斯擬合函數(shù)計(jì)算結(jié)果表明：[Amim]Cl預(yù)處理后雜交狼尾草中的木素-碳水化合物之間的鏈鍵和聚木糖C=O鍵受到了破壞，纖維分子間氫鍵O(6)H…O(3`)

4、的相對(duì)含量降低了12.9%，而分子內(nèi)氫鍵 O(2)H…O(6)和 O(3)H…O(5)的相對(duì)含量均分別增加了2.2%和10.9%。X-射線衍射技術(shù)（XRD）分析表明：[Amim]Cl預(yù)處理后，雜交狼尾草纖維由天然的Ⅰ型纖維素轉(zhuǎn)變成了Ⅱ型纖維素，相對(duì)結(jié)晶度和微晶尺寸分別降低了20.79%和42.22%。比表面積及孔徑分析儀（BET）和環(huán)境掃描電鏡（SEM）分析表明：[Amim]Cl預(yù)處理后雜交狼尾草樣品表面的粗糙度及孔隙度增加，比表面積由

5、0.15 m2/g增大到10.11 m2/g。
　　為了進(jìn)一步降低預(yù)處理過(guò)程的能源消耗，提高預(yù)處理效率，又探究了O2/[Emim]Ac體系預(yù)處理對(duì)雜交狼尾草纖維素酶解效率的影響，確定了較優(yōu)的預(yù)處理工藝條件為：溫度120℃、反應(yīng)時(shí)間30 min和固液比1∶20（w/w），此條件下，預(yù)處理后雜交狼尾草的葡萄糖得率相對(duì)于原料提高了9.4倍，且[Emim]Ac經(jīng)過(guò)3次重復(fù)利用后依然具有良好的預(yù)處理能力。組分分析結(jié)果表明：[Emim]Ac預(yù)

6、處理后雜交狼尾草纖維素相對(duì)含量提高了17.18%，半纖維和木素含量分別降低了14.63%、67.36%。FT-IR結(jié)果顯示：O2/[Emim]Ac體系預(yù)處理后雜交狼尾草中的木素-碳水化合物之間的鏈鍵和木質(zhì)素的芳環(huán)骨架結(jié)構(gòu)受到了破壞。XRD分析結(jié)果表明：O2/[Emim]Ac體系預(yù)處理后雜交狼尾草的相對(duì)結(jié)晶度提高了15%。SEM分析結(jié)果顯示：經(jīng)過(guò)O2/[Emim]Ac體系預(yù)處理后雜交狼尾草表面的紋孔膜破裂，暴露出大量孔洞，細(xì)胞壁的致密結(jié)構(gòu)