木質纖維素預處理工藝及高溫液態(tài)水條件下的水解反應研究.pdf

1、近年來，日益凸顯的能源危機和環(huán)境危機使得人們開始致力于開發(fā)綠色可再生能源，以木質纖維素為代表的生物質能因其儲量巨大來源廣泛而受到人們的重視。對木質纖維素類生物質的利用主要通過對其水解得可發(fā)酵糖，然后制取燃料乙醇的方式來實現(xiàn)。在現(xiàn)有水解條件的基礎上，探索綠色高效的木質纖維素水解轉化途徑，并獲得高的可發(fā)酵糖產(chǎn)率是當前的工作重點所在。高溫液態(tài)水(LHW)和超臨界二氧化碳(scCO2)作為綠色溶劑的代表，因其優(yōu)良的溶劑特性和傳質特性而受到國內外

2、學術界的廣泛重視，對高溫液態(tài)水和scCO2用于化學反應一直是研究的熱點，本文的實驗研究主要是基于這兩種綠色溶劑進行的木質纖維素轉化技術。
　　本文主要進行了兩方面的工作:一方面采用高溫液態(tài)水耦合馬來酸對木質纖維素進行兩步法水解以獲得高的還原糖產(chǎn)率，另一方面考察超聲/scCO2及其耦合預處理對于木質纖維素水解的強化，并通過X射線衍射(XRD)，高效液相色譜(HPLC)，掃描電子顯微鏡(SEM)等表征結果和熱力學計算闡明預處理作用的機

3、理，得到結果如下:
　　1.采用高溫液態(tài)水耦合馬來酸兩步法水解玉米芯和玉米稈，實驗證明在第一步水解中，高溫液態(tài)水能夠有效去除半纖維素，在第二步水解中考察反應時間，反應溫度，馬來酸濃度，反應壓力對玉米稈和玉米芯糖產(chǎn)率的影響，實驗結果表明選擇合適的反應壓力能夠實現(xiàn)高纖維素轉化率和葡萄糖選擇性的統(tǒng)一，采用兩步法最佳工藝條件下對應的玉米芯的總糖產(chǎn)率為48.3％，玉米稈兩步法總糖產(chǎn)率為36.3％;相對于一步法最佳工藝條件下對應的玉米芯和玉米

4、稈分別為30％和11％的總糖產(chǎn)率有明顯提升，對玉米芯第二步采用CO2耦合馬來酸催化纖維素水解時，最佳工藝下對應兩步法總糖產(chǎn)率為51.3％，說明加入CO2能夠對纖維素的水解起到促進作用。
　　2.以玉米稈和玉米芯為原料，考察超聲/scCO2及其耦合預處理中預處理溫度，預處理壓力，超聲時間等對預處理效果的影響，實驗結果表明對玉米芯采用scCO2預處理和超聲/scCO2耦合預處理均收到顯著效果，最佳工藝條件對應的糖產(chǎn)率分別為63％和87

5、％，比空白樣分別提高了51％和65％，通過比較糖產(chǎn)率和樣品SEM表征結果發(fā)現(xiàn)，預處理過程對玉米芯的效果要優(yōu)于玉米稈，說明對于不同類別的原料，還需進一步探討具有針對性的預處理方法。
　　3.以玉米芯為原料，采用高溫液態(tài)水耦合scCO2進行預處理，考察預處理溫度，預處理壓力，含水量和預處理時間對預處理效果的影響，并采用馬來酸進行水解評價，SEM表征結果證明通過高溫液態(tài)水去除半纖維素后再采用CO2爆破對玉米芯結構破壞顯著，最佳預處理條件

6、下對應的糖產(chǎn)率為28.7％，與未經(jīng)scCO2預處理的高溫液態(tài)水水解殘渣空白樣相比，相對增加量為35.5％，通過實驗說明，采用馬來酸對預處理效果進行評價是完全可行的，為預處理效果評價提供了新的選擇。
　　4.采用狀態(tài)方程-活度法計算了CO2-H2O二元體系的相平衡常數(shù)，進一步通過平衡常數(shù)經(jīng)驗公式計算了CO2-H2O體系的pH值，計算結果與實驗值誤差在1％以內。通過以上理論計算，能夠很好的解釋還原糖產(chǎn)率的變化，為探索預處理、高溫液態(tài)水