激光等離子-固定化酶膜反應(yīng)體系制備生物質(zhì)乙醇.pdf

1、傳統(tǒng)的第一代生物乙醇給料主要是玉米和甘蔗,由于目前食物的短缺以及價(jià)格問(wèn)題并不能滿(mǎn)足當(dāng)前的生物乙醇的巨大需求。因此對(duì)于第二代生物乙醇的生產(chǎn)具有重要意義。生物質(zhì)乙醇的生產(chǎn)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和障礙如:原料的預(yù)處理方法,提高酶解率以及通過(guò)有效途徑提高生物質(zhì)乙醇的生產(chǎn)率。本研究通過(guò)激光等離子催化秸稈纖維素發(fā)酵生物質(zhì)乙醇進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。
　　為了降低生物乙醇的生產(chǎn)成本,需要打破生物質(zhì)降解屏障而使生物質(zhì)到生物質(zhì)乙醇的轉(zhuǎn)化更加有效。CO2激光

2、等離子催化能夠打破秸稈纖維素材料的物理屏障以及降低秸稈纖維素的顆粒度。為了說(shuō)明CO2激光等離子催化的作用機(jī)制,通過(guò)傅里葉紅外變換和掃面電鏡對(duì)經(jīng)過(guò)CO2激光等離子催化的秸稈纖維素表面進(jìn)行分析。結(jié)果說(shuō)明了CO2激光等離子催化能夠有效的增強(qiáng)秸稈纖維素材料到生物質(zhì)乙醇的轉(zhuǎn)化。CO2激光等離子催化與超聲波預(yù)處理相比,能夠明顯的增加秸稈纖維素的糖化率,糖化率達(dá)到了27.75％,是超聲波預(yù)處理秸稈纖維素的糖化率的1.34倍。這說(shuō)明了CO2激光等離子催

3、化比超聲波預(yù)處理更加有效。
　　CO2激光等離子催化可以提高秸稈纖維素生產(chǎn)單糖的酶解效率。利用響應(yīng)面方法(RSM)在三因素,三水平上進(jìn)行研究分析,通過(guò)Box–Behnken design(BBD)方案設(shè)計(jì)對(duì)響應(yīng)面進(jìn)行優(yōu)化處理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化得到最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:預(yù)處理時(shí)間為67.53min,CO2激光預(yù)處理功率為264.33W,實(shí)驗(yàn)液固比為21.29:1(mL/g).在這個(gè)反應(yīng)條件下,纖維素酶酶解產(chǎn)物中總還原濃度達(dá)到了4.94

4、1mg/mL。經(jīng)過(guò)CO2激光等離子催化的秸稈纖維素的酶解產(chǎn)物中酶解率從14.47%提高到了30.84%。掃描電鏡分析也說(shuō)明了CO2激光等離子催化能夠使得秸稈纖維素表面更加粗糙和多孔結(jié)構(gòu),從而提高纖維素酶的可及度,增加產(chǎn)物中還原糖含量。
　　利用經(jīng)過(guò)激光等離子催化的秸稈纖維素與纖維素酶進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn),通過(guò)蘭格謬爾Langmuir吸附等溫方程公式進(jìn)行變換,得到纖維素酶CBD吸附區(qū)對(duì)秸稈纖維素的吸附方程,在纖維濃度對(duì)纖維素酶吸附實(shí)驗(yàn)中測(cè)得

5、纖維素酶蛋白中能與秸稈纖維素進(jìn)行結(jié)合的最大蛋白分?jǐn)?shù)α值約為0.43,結(jié)果表明了與秸稈纖維素纖維有效結(jié)合的纖維素酶蛋白占總酶蛋白制劑的43%。在不同纖維素酶酶濃度對(duì)經(jīng)過(guò)激光等離子催化的秸稈纖維素吸附作用過(guò)程中計(jì)算得到單位重量秸稈纖維素纖維能夠最大吸附結(jié)合的纖維素酶酶量m(g酶/g秸稈纖維素纖維)值為0.111,這說(shuō)明了其每克激光等離子催化秸稈纖維素纖維最大結(jié)合纖維素酶蛋白量可達(dá)到111mg。然后通過(guò)研究激光等離子催化秸稈纖維素纖維的纖維素

6、酶酶解過(guò)程,推出了秸稈纖維素的酶解量與酶解反應(yīng)時(shí)間和纖維素酶的基本動(dòng)力學(xué)方程,并解得纖維素酶酶解反應(yīng)方程中的參數(shù)k、k′、K′和Ymax值,然后對(duì)秸稈纖維素的酶解反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)以及控制。
　　利用超濾膜組件對(duì)經(jīng)過(guò)酶解以后的纖維素酶蛋白回收利用,選定了利用PS30中空纖維膜作為膜組件進(jìn)行內(nèi)壓式超濾方式對(duì)纖維素酶蛋白進(jìn)行回收利用。研究PS30中空纖維膜對(duì)超濾過(guò)程中截留液和透過(guò)液中總還原糖和纖維素酶蛋白的影響,結(jié)果說(shuō)明了PS30