氧氣-離子液體預(yù)處理對(duì)麥草酶解效率的影響.pdf

1、近十年來(lái)尋找可再生的替代能源成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)，生物質(zhì)能源已經(jīng)成為世界排位僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。研究發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)，符合我國(guó)資源環(huán)境和諧發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。木質(zhì)纖維素可轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，從被認(rèn)為是有前途的生物燃料和生物基產(chǎn)品材料。纖維素可通過(guò)纖維素酶水解為葡萄糖，但酶解反應(yīng)受孔隙率、纖維可及度、纖維比表面積、纖維素結(jié)晶度和木質(zhì)素含量的影響，因此，纖維素酶水解前需要進(jìn)行預(yù)處理以降低纖維素的結(jié)晶度和提高纖維的孔隙率。研究發(fā)

2、現(xiàn)多種離子液體可溶解纖維素，其中離子液體1-丁基-3甲基咪唑氯鹽([Bmim]Cl)是較好的纖維素溶劑，其具有無(wú)毒、無(wú)腐燭性、常溫下呈液態(tài)、粘度低、對(duì)纖維素溶解能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此其在纖維素溶解加工及制備纖維素纖維方面具有較好的應(yīng)用前景。本論文研究選用氧氣協(xié)同離子液體（[EMIM] AC）對(duì)麥草進(jìn)行預(yù)處理，優(yōu)化預(yù)處理工藝條件，以提高麥草后續(xù)酶水解效率。通過(guò)掃描電鏡、X射線衍射和傅里葉變換紅外光譜分析，探索預(yù)處理前后麥草的化學(xué)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度

3、變化，研究結(jié)果可為生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用提供理論指導(dǎo)。
　　首先，探討了單獨(dú)離子液體預(yù)處理對(duì)麥草預(yù)處理的工藝條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固液比為1:1.5時(shí)，離子液體預(yù)處理麥草較適宜的條件為溫度130℃和處理時(shí)間6 h，此條件下，麥草纖維素相對(duì)含量由41.4％上升到58.2%，半纖維素含量由23.6％下降到18.4％，木素含量降低了22.0％，還原糖得率增加到58.6%，明顯高于高于未經(jīng)過(guò)處理的麥草還原糖得率11.8%。SEM和XRD分析表明，經(jīng)過(guò)

4、單獨(dú)離子液體預(yù)處理后麥草纖維表面粗糙、多孔、疏松，纖維結(jié)晶度降低了8.8%。FT-IR結(jié)果顯示，單獨(dú)離子液體預(yù)處理過(guò)程中沒(méi)產(chǎn)生衍生現(xiàn)象，麥草主體化學(xué)結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化。
　　氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固液比為1:1.5時(shí)，氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理麥草較適宜的條件為溫度130℃、氧壓0.4 MPa和處理時(shí)間6 h，纖維素相對(duì)含量由41.4％上升到61.2%，增加幅度為47.8%，半纖維素含量由23.6％下降到17.4％，降低幅度

5、為26.2％，而木素含量降低了35.1％，還原糖得率增加到65.1%，明顯高于未經(jīng)過(guò)處理的麥草還原糖得率11.8%。分析表明，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后麥草纖維表面粗糙、多孔、疏松，纖維結(jié)晶度降低了12.6%，氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理破壞了纖維表層的紋孔膜，使纖維表面暴露出更多的空隙，更有利于離子液體進(jìn)入纖維內(nèi)部，使麥草纖維發(fā)生潤(rùn)脹和溶解，進(jìn)而增加后續(xù)纖維素酶與麥草纖維的接觸面積，提高酶解效率。FT-IR結(jié)果顯示，氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理過(guò)程中，木素結(jié)構(gòu)

6、中的苯環(huán)發(fā)生了開(kāi)裂。
　　經(jīng)過(guò)單獨(dú)離子液體預(yù)處理和氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理后，纖維表面均出現(xiàn)粗糙、凹凸不平、多孔，疏松等現(xiàn)象，但經(jīng)過(guò)單獨(dú)離子液體預(yù)處理后，麥草纖維多出現(xiàn)表皮疏松和脫落現(xiàn)象，而經(jīng)過(guò)氧氣協(xié)同離子液體預(yù)處理后麥草纖維表皮疏松和脫落嚴(yán)重，而且結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞。未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的麥草纖維結(jié)晶度為44.5%，經(jīng)過(guò)離子液體處理后麥草纖維結(jié)晶度為35.7%，結(jié)晶度降低了8.8%，而經(jīng)過(guò)氧氣協(xié)同離子液體處理后麥草纖維結(jié)晶度為31.9