相思木乙酸預(yù)處理及酶水解過(guò)程的分形表征.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)全球化、科技進(jìn)步以及人們生活水平的提高，世界范圍內(nèi)的資源匱乏、能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題日漸加劇，亟需開(kāi)發(fā)可再生的生物質(zhì)能源，利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇得到人們的廣泛關(guān)注。預(yù)處理及酶水解是轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。
　　本文以相思木為研究對(duì)象，經(jīng)乙酸預(yù)處理后再酶水解，采用紫外-可見(jiàn)分光光度法(UV-Vis)、X-射線(xiàn)衍射法(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱重-紅外聯(lián)用(TG-IR)、核磁共振磷譜(31

2、p-NMR)和低溫氮?dú)馕椒ǖ确治鍪侄螌?duì)整個(gè)過(guò)程中液體、固體試樣的化學(xué)組成、功能結(jié)構(gòu)與微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征。為研究不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)相思木分形結(jié)構(gòu)的影響，首先探討分維的計(jì)算方法并進(jìn)行比較分析，揭示分維與化學(xué)組成、功能結(jié)構(gòu)及微觀(guān)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立分形結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)研究預(yù)處理及酶解條件（預(yù)處理溫度、乙酸用量、底物濃度、葡萄糖抑制、酶用量和吐溫-80用量）對(duì)酶解糖得率的影響，利用改進(jìn)的分形動(dòng)力學(xué)模型，探討酶解反應(yīng)速率常數(shù)k與分形指數(shù)

3、h的變化規(guī)律。
　　相思木乙酸預(yù)處理并三段磨漿后所得漿樣的酶水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，預(yù)處理溫度及乙酸用量均對(duì)酶解效果產(chǎn)生一定影響，且溫度越高或乙酸用量越大，酶解效率越高。漿樣經(jīng)PFI磨漿后，纖維素的結(jié)晶度指數(shù)下降，部分纖維變成了纖維碎片，分絲帚化現(xiàn)象也較明顯，酶解效率顯著提高。
　　化學(xué)組分及結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，相思木經(jīng)乙酸預(yù)處理后，部分半纖維素和少量木素小分子被降解溶出，纖維素的結(jié)晶度指數(shù)下降了11.31％。木片表面變得極不完整，

4、且生成大量孔洞，酶解殘?jiān)w維長(zhǎng)度變短，部分纖維碎片化。DTG曲線(xiàn)上在280℃左右明顯缺少一個(gè)肩峰，該峰主要由半纖維素分解所導(dǎo)致。木素的脂肪族羥基含量有不同程度降低，而各類(lèi)酚羥基含量增加，且酚型/非酚型羥基比隨著預(yù)處理溫度的升高而下降，S/G比例也增加。
　　相思木原料及漿樣的多孔結(jié)構(gòu)具有分形特性且其分形維數(shù)介于2～3之間，符合分維定義。乙酸預(yù)處理后，試樣分維值上升，說(shuō)明孔結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度提高，且預(yù)處理溫度越高，對(duì)應(yīng)分維越小。比較分

5、形維數(shù)的兩種不同計(jì)算方法，二者擬合的孔徑范圍不同，郁伯銘(YBM)分維較FHH分維擬合范圍更寬泛，導(dǎo)致線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低。此外，分形維數(shù)與化學(xué)組成、結(jié)晶度及木素酚型/非酚型比之間存在一定相關(guān)性。其中，分維隨纖維素或木質(zhì)素含量的增加大體呈下降趨勢(shì)，而隨半纖維素含量、纖維素結(jié)晶度或木素酚型/非酚型比的增大而增加。結(jié)構(gòu)分形模型顯示，木質(zhì)素對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)分維起主要作用，其它因素的影響均不太顯著。
　　酶水解動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果表明，隨著預(yù)處理