木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為生物乙醇過程中關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化過程中研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)秸稈轉(zhuǎn)化為生物乙醇過程中的預(yù)處理、酶水解和發(fā)酵以及乙醇的分離等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。
　　 通過對(duì)低溫條件下玉米秸稈中半纖維素水解動(dòng)力學(xué)的研究，得到了半纖維素的最佳水解條件。應(yīng)用Seaman模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到80-121℃下木糖的生成和降解速率，以及葡萄糖和糠醛的生成速率。通過對(duì)所得響應(yīng)曲面進(jìn)行分析得出各溫度下的最佳水解條件分別為：在80℃下，硫酸濃度5％，反應(yīng)

2、時(shí)間240 min，最終木糖濃度為13.21 g/L在100℃下，硫酸濃度5.5％，反應(yīng)時(shí)間60 min，最終木糖濃度為18.73 g/L在121℃下，硫酸濃度2％，反應(yīng)時(shí)間60 min，最終木糖濃度為17.95 g/L。并應(yīng)用阿累尼烏斯方程計(jì)算得到該溫度范圍內(nèi)秸稈預(yù)處理過程的活化能為56.3kJ/mol。
　　 采用稀酸預(yù)處理方法對(duì)油菜秸稈進(jìn)行預(yù)處理，通過中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響油菜秸稈預(yù)處理過程的硫酸濃度，預(yù)處理

3、時(shí)間以及固體濃度等因素進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在180℃預(yù)處理?xiàng)l件下，硫酸濃度為1％，預(yù)處理時(shí)間為10 min，固體濃度為20％時(shí)，木糖產(chǎn)率為68.4％，木糖濃度達(dá)到27.3 g/L，較固體濃度為10％增大了一倍。而在121℃預(yù)處理?xiàng)l件下，固體濃度對(duì)預(yù)處理結(jié)果影響較大，當(dāng)硫酸濃度為2％，預(yù)處理時(shí)間為60 min，固體濃度為10％時(shí)，木糖產(chǎn)率為73.6％，而此條件下木糖濃度只有14.7 g/L。掃描電鏡結(jié)果進(jìn)一步證明纖維素的結(jié)構(gòu)在高溫條件下更

4、容易破壞。
　　 考察了固體濃度對(duì)油菜秸稈酶水解和發(fā)酵過程的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)卦龃蠊腆w濃度，對(duì)酶水解和發(fā)酵過程影響不顯著，而葡萄糖和乙醇的最終濃度卻顯著增大。180℃預(yù)處理后的秸稈可以在25％的固體濃度下進(jìn)行酶水解和發(fā)酵過程，最終的乙醇濃度可以達(dá)到4.6％，與10％固體濃度比較，乙醇濃度提高了2.05倍；而在低溫預(yù)處理后的秸稈可以在20％的固體濃度下進(jìn)行酶水解和發(fā)酵過程，最終的乙醇濃度達(dá)到了3.5％，與10％固體濃度所得的結(jié)果