稀酸-鹽水解玉米芯產(chǎn)木糖及其動(dòng)力學(xué)模擬和響應(yīng)曲面優(yōu)化.pdf

1、木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是一種豐富的可再生資源，其組分中含有大量的糖類，可以通過利用轉(zhuǎn)化成有用的化工產(chǎn)品。農(nóng)作物副產(chǎn)品玉米芯作為一種重要的生物質(zhì)資源，由于其高含量的半纖維素，可以用來進(jìn)行預(yù)處理水解產(chǎn)木糖。本文以玉米芯為原料，根據(jù)其半纖維素在一定酸性條件下易水解的性質(zhì)，以稀HCl、HNO3、NaNO3及酸鹽的混合物催化劑對玉米芯進(jìn)行水解研究，生成的木糖濃度為評價(jià)指標(biāo)，通過動(dòng)力學(xué)模型和響應(yīng)曲面分析來優(yōu)化反應(yīng)條件，并結(jié)合反應(yīng)活化能與SEM表征技術(shù)，選

2、擇玉米芯預(yù)處理的最佳優(yōu)化條件。
　　通過HCl、HNO3在固液比10％條件下單獨(dú)對對玉米芯進(jìn)行預(yù)處理，探索90℃、120℃和150℃各個(gè)溫度下的水解反應(yīng)規(guī)律，通過動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)來評價(jià)反應(yīng)規(guī)律，通過響應(yīng)曲面優(yōu)化各個(gè)反應(yīng)溫度下的最佳水解條件，得出的結(jié)論如下：在90℃條件下，木糖跟葡萄糖濃度都隨著酸濃度的增加和反應(yīng)時(shí)間的延長而增加，動(dòng)力學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，優(yōu)化得到HCl的最佳水解條件為117min，3%，收率86%；HNO3最佳水解條件為

3、119min，2.7%，收率85%。120℃條件下木糖濃度在短時(shí)間內(nèi)隨著酸濃度的增加而增加，隨著時(shí)間的不斷延長，HCl濃度越高，木糖降解的程度愈大，而HNO3基本趨于穩(wěn)定，動(dòng)力學(xué)模型也驗(yàn)證了這一反應(yīng)趨勢，優(yōu)化得到HCl的最佳水解條件為22min，3.9%，收率64%；HNO3為51min，3.9%，收率為78%。在150℃條件下，反應(yīng)10min內(nèi)木糖濃度都達(dá)到最大值，隨著時(shí)間進(jìn)行，HCl濃度越高降解的程度愈大，甚至將產(chǎn)生的糖幾乎全部降解

4、，而HNO3剛開始有稍微降解，慢慢趨于穩(wěn)定，實(shí)際趨勢跟動(dòng)力學(xué)趨勢基本一致。優(yōu)化得到HCl的最佳水解條件為1.0%，10min，收率77%；HNO3為10min，1.0%，收率96%。結(jié)論表明在反應(yīng)過程中HNO3比HCl對半纖維素水解效果要好些，而且反應(yīng)過程中降解程度比較緩慢。
　　通過對HCl、HNO3水解反應(yīng)的總體優(yōu)化得到的條件分別為：92℃，3.2%，88.75min，木糖收率78%；149℃，2.1%，14.84min，收率

5、92%。計(jì)算兩種酸對玉米芯的的活化能分別為：72.5kJ/mol，91.5kJ/mol，說明玉米芯是比較容易水解的。雖然HNO3的成本HCl高，但水解效果相對較好。采用NaNO3、HCl：HNO3和HCl：NaNO3來水解玉米芯，得到HCl：HNO3(1:1)和HCl：NaNO3在150℃，10min，1.0%收率分別達(dá)到95%，93%，而NaNO3對水解效果不明顯。HCl：NaNO3的組合不僅可以降低成本，而且糖的收率也比較高。通過S