生物質(zhì)超低酸水解制取燃料乙醇的研究.pdf

1、以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)燃料乙醇有著廣闊的市場前景，對解決日益緊迫的液體燃料短缺問題具有極其重要的意義。而這其中，高溫?zé)崴廪k纖維素結(jié)合超低濃度酸水解纖維素的二步水解工藝倍受關(guān)注。本文依托國家杰出青年科學(xué)基金“生物質(zhì)能源化綜合利J{j的機(jī)理性研究”，就生物質(zhì)兩步超低酸水解生產(chǎn)燃料乙醇進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)和理論研究，為生物質(zhì)水解與熱裂解的聯(lián)合利用打下基礎(chǔ)。 首先針對生物質(zhì)中能夠水解的兩大組分，以定量濾紙和木聚糖模擬纖維素和半纖維素，研究了

2、各自的水解行為，確定了高溫?zé)崴獍肜w維素和超低酸水解纖維素相結(jié)合的綠色工藝。在自行設(shè)計(jì)的生物質(zhì)水解試驗(yàn)臺(tái)上，研究了酸濃度和停留時(shí)間等因素對半纖維素和纖維素水解的還原糖得率和原料轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律，確定了半纖維素和纖維素超低酸水解的較優(yōu)工況點(diǎn)。對白松、速生楊和玉米秸稈的兩步超低酸水解分別得到了39.3％、42.8％和23.8％的還原糖得率以及41.8％、57.89％和53.4％的原料轉(zhuǎn)化率。 以裝配KS－802糖柱的高效液相色譜配

3、合蒸發(fā)光散射檢測器確定了水解液中糖的種類，并對產(chǎn)物中低聚糖和單糖的含量做了對比分析。同時(shí)采用色質(zhì)聯(lián)機(jī)分析技術(shù)對液體產(chǎn)物中糖以外的副產(chǎn)物進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中主要成分為一些含甲基、乙基、甲氧基、羥基等官能團(tuán)的酮類、醛類、醇類和酸類極性化合物。在用掃描電鏡對水解殘?jiān)男螒B(tài)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物質(zhì)的組分分析和熱重分析等分析手段探討了纖維素、半纖維素和生物質(zhì)的超低酸水解機(jī)理。 在總結(jié)了國內(nèi)外生物質(zhì)水解模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)半纖維素和纖維

4、素的特點(diǎn)，分別以假一級均相反應(yīng)模型和非均相反應(yīng)模型模擬了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)曲線，結(jié)合生物質(zhì)組分分析，應(yīng)用到木材類生物質(zhì)對模型進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)白松的水解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠很好地和模型結(jié)果相符合。 基于速生楊較高的還原糖得率以及后續(xù)大規(guī)模利用的目的，本文選擇了釀酒酵母（S.2.699）和熱帶假絲酵母（C.2.637）分別對其第二步水解液和第一步水解液進(jìn)行了發(fā)酵試驗(yàn)，并考查了Ca（OH）<,2>中和、過中和、活性炭