不同降解模式擔子菌影響木質纖維素熱解特性機制研究.pdf

1、能源危機與環(huán)境污染日益嚴重,生物質能成為可再生能源重要的發(fā)展方向之一,生物質可以通過多種技術途徑轉化為不同形式的生物質能燃料,有可能在將來替代化石燃料。熱解是一種有潛力的生物質能熱化學轉化方式,但受限于生物質木質纖維素結構及組分影響。在生物質熱解前進行生物預處理可以有效的改變其組成及結構,進而改善熱解性能,但尚不明晰木質纖維素不同降解模式是否對熱解反應存在不同的影響機制。因此本文選用不同降解模式的兩個擔子菌菌株,研究了擔子菌不同降解模式

2、對生物質及其組分熱解特性的影響規(guī)律,并進一步明晰了白腐菌Irpex lacteus CD2促進木質素熱解、褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2促進纖維素熱解的機制。
　　通過木質纖維素組分分析、紅外吸收光譜分析、結晶度分析、孔隙度分析和稀堿溶出物組成分析,從生物質組分及分子結構變化角度研究了白腐菌I.lacteus CD2和褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2對玉米秸稈不同的降解模式。白腐菌I.lacteus CD

3、2主要降低了生物質中木質素的含量,并對其結構有一定的破壞作用,隨著培養(yǎng)時間的延長,生物質稀堿溶出物中表觀木質素含量降低而酸溶性木質素含量升高。褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2通過分泌草酸使生物質細胞壁孔隙增大,利于胞外分泌的纖維素酶對無定形纖維素的降解,使生物質的結晶度顯著升高。
　　玉米秸稈經不同降解模式擔子菌預處理后,熱解動力學特性顯著改善,熱解失重率及反應速率增大。同時,擔子菌預處理也分別促進了纖維素與木質素組分

4、的熱解反應,熱解動力學特性的改善程度因菌株不同的降解模式而異。褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2預處理后,ADF組分的熱解失重增大,熱解產物中生物油含量從32.7％顯著增加至50.8％,表明其在促進秸稈纖維素組分熱解反應方面優(yōu)勢明顯。白腐菌I.lacteus CD2預處理后,促進玉米秸稈木質素組分熱解反應的效果更加顯著,玉米秸稈ADL組分的熱解失重率顯著增大至58％,熱解液體產物得率也從16.8％增加到26.8％。不同降解模式

5、擔子菌預處理后,玉米秸稈木質纖維素組分熱解液體產物的轉化差異顯著。褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2預處理后的ADF組分,熱解液體產物中羧酸、呋喃和酮類的等纖維素熱解轉化產物的含量顯著提高,白腐菌I.lacteus CD2預處理后的ADL組分,熱解液體產物中苯酚類物質的含量超過了液體產物總量的50％,理論上為通過生物預處理實現生物質熱解液體的定向轉化提供了可能。
　　通過分離純化玉米秸稈EMAL木素,研究其結構變化與熱解

6、特性變化的關系,明晰了不同降解模式擔子菌改善木質素熱解特性的機制。白腐菌I.lacteus CD2對木質素的改性作用顯著,通過破壞β-O-4連鍵、β-5’和5-5’碳鍵等苯環(huán)間的連鍵使木質素聚合度降低,對苯環(huán)的骨架結構也有明顯的破壞作用,使愈創(chuàng)木基、紫丁香基、對羥苯基等木質素苯環(huán)結構組成單元的含量下降。這些結構的改變提高了木質素在后續(xù)熱解反應中的活性,反應速度加快,降低了反應活化能。
　　通過分離純化玉米秸稈纖維素,并用離子液體溶

7、解再生的方法制備結晶程度不同的結晶纖維素,研究纖維素結晶度與熱解特性變化的關系,明晰了不同降解模式擔子菌改善纖維素熱解特性的機制。結果表明,褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2主要通過提高秸稈纖維素中結晶型纖維素的相對含量,使其結構更加均一規(guī)則,從而改善了纖維素組分的熱解性能,使熱解失重率和失重速率增大。
　　初步研究了白腐菌I.lacteus CD2和褐腐菌Fomitopsis sp.IMER2預處理對毛竹及其木質纖維素