纖維素?zé)峄瘜W(xué)催化液化反應(yīng)及微生物發(fā)酵綜合利用.pdf

1、纖維素是葡萄糖分子以β-1,4糖苷鍵結(jié)合而成的高分子化合物,一般聚合度為3,500-10,000.纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分,廣泛存在于自然界,是地球上最豐富、最廉價的可再生資源,也是人類未來能源、食品和化工原料的主要來源.隨著世界人口的激增,糧食和能源的短缺將日趨嚴(yán)重,可再生纖維素資源的開發(fā)利用已引起全世界的普遍關(guān)注.為了提高纖維類物質(zhì)的綜合利用效率,降低對環(huán)境的污染,維護(hù)生態(tài)平衡.對纖維類廢棄物在濃硫酸/苯酚為催化劑、乙二醇為反應(yīng)

2、介質(zhì)的熱化學(xué)催化液化反應(yīng)中,對其各反應(yīng)物的用量比例、反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化.并且對最優(yōu)條件下的液化產(chǎn)物進(jìn)行了初步的組分測定.實驗結(jié)果表明,纖維類廢棄物在濃硫酸/苯酚(濃硫酸占所加物質(zhì)總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％)的混合催化體系中,當(dāng)溫度為160°C,時間為70min時的液化效果最好.經(jīng)凝膠色譜法測定表明,以濃硫酸/苯酚為催化劑、乙二醇為反應(yīng)介質(zhì)的反應(yīng)體系,所得到液化產(chǎn)物的平均相對分子質(zhì)量最低,M<,w>為806,M<,n>為799.經(jīng)紅外光譜(IR)

3、檢測結(jié)果表明,液化產(chǎn)物的游離羥基明顯增多,其它的游離端基也是明顯增加,這說明液化反應(yīng)破壞了纖維素的晶格結(jié)構(gòu),而且部分水解了糖苷鍵.從堆肥、垃圾填埋場堆腐物和土壤中分離并經(jīng)初篩、復(fù)篩得到分解纖維素能力較強(qiáng)的菌共7株,外加實驗室已保藏的菌5株,共計12株菌株.分別對其進(jìn)行了濾紙分解度、羧甲基纖維素(CMC)酶活和天然纖維素酶活的測定.篩選出對天然纖維素分解能力較強(qiáng)的菌株共5株,酶活力在60.00mg/mL·d以上.通過改變其培養(yǎng)基中天然纖維

4、素的含量,發(fā)現(xiàn)隨著培養(yǎng)基中纖維素含量的減少,酶活力也隨之降低.進(jìn)而利用這些高酶活菌株對液化產(chǎn)物進(jìn)行利用研究.利用氣質(zhì)聯(lián)用儀和紅外光譜儀對液化產(chǎn)物進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,液化產(chǎn)物中出現(xiàn)甲基和亞甲基等基團(tuán)的振動,并存在麥草纖維素的單體葡萄糖的衍生物,說明液化反應(yīng)破壞了纖維類廢棄物的晶格結(jié)構(gòu).從而打破了生物利用的禁錮,容易被微生物利用;不同菌株對于液化產(chǎn)物的利用方式不同,利用液化產(chǎn)物進(jìn)行混合菌株發(fā)酵培養(yǎng),真蛋白含量可達(dá)到30.74％;混合菌株利

5、用液化產(chǎn)物的酒精發(fā)酵,酒精含量可達(dá)到19.0％(V/V).纖維類廢棄物的熱化學(xué)液化反應(yīng)過程中,產(chǎn)生了一類低沸點的氣態(tài)混合物.經(jīng)GC-MS檢測,結(jié)果顯示氣態(tài)混合物為一類有機(jī)酸的混合物和苯酚-硫酸形成的化合物.氣態(tài)混合物作為一種微生物培養(yǎng)基的添加劑,用來培養(yǎng)球形紅假單胞菌(Rhodopseudomonas sphaeroides)和沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris).對細(xì)胞濃度(OD<,660nm>值)和