醇水混合溶劑對木質(zhì)纖維素超低酸水解的影響及其水解動力學研究.pdf

1、隨著人類社會的進步發(fā)展,石化能源日益緊缺,長期使用石化能源將給社會、經(jīng)濟帶來不可持續(xù)的發(fā)展,而新能源中水能、核能、太陽能、風能的發(fā)展又有其局限性。在未來的發(fā)展新經(jīng)濟能源中,生物能源將起主導作用。我國自古以來是一個農(nóng)業(yè)大國,有著廣泛的生物質(zhì)資源,利用生物質(zhì)制備燃料乙醇具有巨大的潛在發(fā)展空間。生物質(zhì)制備燃料乙醇最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是將纖維素水解成可發(fā)酵糖,本文利用醇-水混合溶劑對棉花秸稈進行水解,為還原糖濃度的提高提供可行性,為木質(zhì)纖維素水解過程的

2、進一步研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　本文首先對間歇操作條件下醇-水混合溶劑水解木質(zhì)纖維素的工藝條件進行研究。采用自制的間歇反應器,將粉末狀的棉花秸稈進行水解,水解液用DNS法檢測其可還原糖的含量,用GC—MS定性分析還原糖降解產(chǎn)物,固體殘渣通過掃描電鏡分析、紅外光譜分析及物料組分分析,進行從外觀形貌和物質(zhì)微觀變化的分析研究。對醇-水混合溶劑體積比、醇種類(碳鏈長度和羥基數(shù)量)、反應溫度、反應時間、硫酸濃度進行考察。研究結(jié)果表明,在相同的

3、溫度、時間條件下,乙醇的加入有利于提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率,抑制還原糖的降解,但過高體積比的乙醇反而會降低還原糖的生成速率,起到不利的作用;碳鏈長度越長,羥基數(shù)量越多,對反應越有利,異丙醇和乙二醇混合溶劑水解得到的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度高與乙醇-水混合溶劑;溫度為190℃、壓力為1.5MPa、乙醇-水混合溶劑體積比為30％時,生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度分別為46.23%和11.77g/L,而相同條件下純水溶劑的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和還原糖濃度為41.9

4、7%和8.68g/L。其次,通過掃描電鏡對棉花秸稈在不同乙醇體積比水解后的固體殘渣分析發(fā)現(xiàn),乙醇體積比為30%時,秸稈形貌破壞最為嚴重;紅外光譜分析發(fā)現(xiàn),水解后的固體結(jié)晶度值較原料要低,乙醇的加入明顯降低了結(jié)晶度值;組分分析發(fā)現(xiàn),水解后的固體中纖維素和半纖維素的含量明顯降低;三種分析方法的結(jié)果一致。GC—MS測出了純水溶劑水解時,生成了部分有機酸,而混合溶劑的水解液中有機酸消失酯類出現(xiàn)。最后,通過對木質(zhì)纖維素間歇水解過程的分析,構(gòu)建出集