木質(zhì)纖維素超臨界二氧化碳超聲預(yù)處理強化酶水解工藝研究.pdf

1、化石原料的日益枯竭及其使用所帶來的環(huán)境危機推動了可再生能源的發(fā)展。生物質(zhì)作為化石原料的可替代能源，因其分布廣泛、產(chǎn)量巨大、成本低和可再生性等優(yōu)點而成為研究的熱點。木質(zhì)纖維素水解為還原糖，再經(jīng)發(fā)酵制取燃料乙醇是生物質(zhì)能利用的一個重要方向。在現(xiàn)有水解技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索綠色高效的預(yù)處理技術(shù)，以獲得較高的還原糖產(chǎn)率是當前工作的重點。scCO2因其環(huán)境友好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和廉價易得等優(yōu)點而成為超臨界的首選溶劑，在超臨界技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。<

2、br>　　本文對木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)進行了探討。重點研究了玉米芯、高粱稈、玉米秸稈及稻稈的scCO2，用酶水解對預(yù)處理的效果進行評價，并分別考察了超聲預(yù)處理、scCO2耦合超聲預(yù)處理以及以水和乙醇為共溶劑的scCO2預(yù)處理對于玉米芯和玉米秸稈酶水解的強化，通過XRD和SEM等表征結(jié)果闡明預(yù)處理的作用機理，得到如下結(jié)果:
　　1.分別以玉米芯、高粱稈、玉米秸稈和稻稈為原料，使用scCO2進行預(yù)處理，研究預(yù)處理過程中預(yù)處理時間

3、、溫度、壓力以及水-干基重量比等因素對酶水解后還原糖產(chǎn)率的影響，探索不同原料的最佳預(yù)處理條件。實驗結(jié)果表明，對于不同種類的木質(zhì)纖維素，scCO2預(yù)處理的效果存在差異，不同原料在其最佳scCO2預(yù)處理條件下的還原糖產(chǎn)率分別為:玉米芯63.2％，高粱稈54.1％，玉米秸稈50.2％，稻稈57.3％，較未處理樣品分別提高了49.6％、44.4％、34％和28％。通過預(yù)處理前后樣品的SEM表征結(jié)果可以看出scCO2預(yù)處理顯著破壞了原料的微觀結(jié)構(gòu)

4、，提高了纖維素酶對纖維素的可接觸表面積，從而增加了原料的還原糖產(chǎn)率。
　　2.分別以玉米芯和玉米秸稈為原料，使用超聲進行預(yù)處理，研究預(yù)處理過程中超聲時間、溫度以及溶媒比等因素對酶水解后還原糖產(chǎn)率的影響，探索不同原料的最佳預(yù)處理條件。實驗結(jié)果表明，玉米芯和玉米秸稈在其最佳超聲預(yù)處理條件下的還原糖產(chǎn)率分別為15.9％和21.5％，較未處理樣品分別相對增加了16.9％和32.7％。
　　3.分別以玉米芯和玉米秸稈為原料，使用scC

5、O2與超聲耦合過程對其進行預(yù)處理，考察超聲時間對酶水解后還原糖產(chǎn)率的影響，探索最佳的超聲時間。實驗結(jié)果表明，玉米芯和玉米秸稈在其最佳scCO2禍合超聲預(yù)處理條件下的還原糖產(chǎn)率分別為66.5％和54.4％，較未處理樣品分別增加了52.9％和38.2％。通過耦合預(yù)處理和單純scCO2預(yù)處理后樣品的SEM表征結(jié)果可以看出，相比于單純scCO2預(yù)處理，scCO2耦合超聲預(yù)處理可以更大程度上破壞木質(zhì)纖維素的表面結(jié)構(gòu)，從而提高了還原糖產(chǎn)率。

6、　　4.以玉米芯和玉米秸稈為原料，使用以水和乙醇為共溶劑的scCO2進行預(yù)處理，在原料最佳水-干基重量比不變的條件下，考察乙醇-水體積比對酶水解后還原糖產(chǎn)率的影響，探索最佳的乙醇-水體積比。實驗結(jié)果表明，玉米芯在其最佳的乙醇-水體積比時的還原糖產(chǎn)率為60.5％，較scCO2預(yù)處理時的還原糖產(chǎn)率降低了2.7％，而玉米秸稈在其最佳的乙醇-水體積比時的還原糖產(chǎn)率為53.5％，較scCO2預(yù)處理時的還原糖產(chǎn)率增加了3.3％，并未發(fā)生顯著的增加，