酸碱耦合预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的研究

【摘要】：随着化石能源价格的不断上涨和由于燃烧化石燃料释放二氧化碳所产生的日益严重的环境问题,越来越多的国家将目光投向生物质能源的开发。生物质主要由三大部分组成,半纤维素,纤维素和木质素。从多糖水解生成的单糖可以转化为液体燃料或者其他高附加值的化学品。一般来讲,由于结晶的纤维素和网状结构的木质素构成的复杂结构,纤维素酶很难直接利用纤维素。通过预处理移除半纤维素和木质素,可以增加孔隙率并暴露出纤维素部分,提高酶解效率。 为了达到比较低的能耗,较低的酶用量,比较高的糖收率和废水的内部循环,本文提出了一种新的两步预处理方法。第一步,用稀盐酸来水解半纤维素,使木糖的收率最大化。固体残渣进一步用氢氧化钙浸泡,进一步打破木质素之间的网状结构,润涨纤维素。最佳的预处理条件是稀盐酸在120℃和40min,氢氧化钙预处理条件为60℃和12h,氢氧化钙的用量为0.1g/g底物。在此条件下,葡萄糖和木糖的产率分别为78.0%和97%,酶用量为5FPU/g底物。当酶用量提高到10FPU/g底物时,总的葡萄糖的产率上升到85.9%。因为这种两步预处理方法可以使得秸秆表面发生褶皱,增加孔隙率,降低纤维素的聚合度。经两步预处理后的秸秆具有良好的酶水解效率,并且可以显著降低酶用量。预处理所用的氢氧化钙具有便宜且可回收的优点,稀盐酸可以采用酸酸耦合水解的方法再生。 除了这种两步预处理方法以外,本文还探讨了一种提高葡萄糖浓度的酶循环方法。结果表明,这种酶循环方法可以有效地提高糖浓度,但是随着循环次数的增加,葡萄糖的产率开始下降,主要是因为纤维素酶的活性被糖抑制了。本文最后,还探讨了不同条件下,碱性亚硫酸盐对玉米秸秆中木质素的脱除效果。 【关键词】：预处理 酶水解 稀酸预处理 氢氧化钙预处理 玉米秸秆
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ352;TQ281
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 生物质资源及其主要组成部分10-12
• 1.2 生物质主要的水解方法12-14
• 1.2.1 浓酸水解13
• 1.2.2 稀酸水解13-14
• 1.2.3 酶水解14
• 1.3 酶水解存在的问题及其主要的预处理方法14-19
• 1.3.1 物理预处理方法15
• 1.3.2 物理化学预处理方法15-17
• 1.3.3 化学预处理方法17-19
• 1.4 选题背景及意义19-21
• 第二章 实验部分21-25
• 2.1 原料及其成分分析21-22
• 2.2 酶活力的测定22
• 2.3 酶水解的条件22
• 2.4 单糖的测定方法22-23
• 2.5 扫描电镜23
• 2.6 孔隙率23
• 2.7 纤维素聚合度23-25
• 第三章 两步预处理从玉米秸秆制备单糖25-37
• 3.1 研究思路25-26
• 3.2 实验步骤26
• 3.3 结论与分析26-35
• 3.3.1 稀盐酸水解半纤维素的结果分析26-28
• 3.3.2 氢氧化钙预处理对酶水解糖收率的影响28-31
• 3.3.3 质量衡算31
• 3.3.4 不同酶用量对糖产率的影响31-33
• 3.3.5 未处理和预处理之后的秸秆表征33-35
• 3.4 结论35-37
• 第四章 酶循环提高糖浓度及碱性亚硫酸盐脱除木质素37-44
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验步骤38-39
• 4.3 结论分析39-42
• 4.4 总结42-44
• 第五章 总结与展望44-45
• 参考文献45-51
• 致谢51-52
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果52

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