秸秆低酸连续水热糖化研究

【摘要】：随着可再生能源利用的不断发展，以生物质为原料的第二代燃料乙醇的发展蒸蒸日上，其中将生物质转化为糖类中间体是燃料乙醇转化的过程中重要研究内容。本研究以小麦秸秆、油菜秸秆为研究对象，利用连续式梯度升温方式分别对其进行糖化处理，对两种秸秆水热糖化过程中还原糖及副产物糠醛的产生进行了系统的试验和理论研究，并对这种水热糖化技术的经济性进行了评价。 本研究利用自行设计的连续化水热装置，研究了酸浓度和流速对秸秆在梯度升温（60℃-230℃）水解过程中生成的还原糖浓度、还原糖产率及副产物糠醛浓度的影响，得出当硫酸浓度为1.0%，反应液流速为25mL/min时还原糖产率最高，此时小麦秸秆产还原糖浓度最高可达32.9g/L，还原糖产率为60.8%，油菜秸秆还原糖浓度最高可达20.1g/L，还原糖产率为53.4%。此时糠醛浓度均低于1.0g/L，而在整个梯度升温过程中，还原糖浓度峰值较糠醛浓度峰值在较低的温度段即出现，可以很好的实现还原糖和糠醛的分离，减少副产物对发酵等后续处理过程的抑制作用。在研究得出的最优糖化条件基础上对整个反应过程各温度段固体残渣的成分进行分析，结合扫描电镜对水解残渣进行形态分析和红外分析，探讨了秸秆低酸连续梯度升温水解机理。 本文最后以低酸连续水热糖化反应得到的还原糖产率为依据，对小麦和油菜两种农作物的秸秆水热产糖进行经济性分析。参照2011年全国农作物秸秆数据，可利用的秸秆原料分别为小麦秸秆4068万吨，油菜秸秆634万吨。若将其用于还原糖的制备，则可产生经济收益如下：小麦秸秆1540535万元，油菜秸秆247336万元，同时可减排二氧化碳4420万吨，大大减少温室气体的排放。 【关键词】：秸秆 水热 梯度升温 还原糖 糠醛 经济性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 生物质及生物质能10-11
• 1.3 秸秆的基本组成和性质11-13
• 1.3.1 纤维素11-12
• 1.3.2 半纤维素12
• 1.3.3 木质素12-13
• 1.4 秸秆水解技术13-16
• 1.4.1 酸水解技术14-15
• 1.4.2 酶催化水解技术15
• 1.4.3 高温水热法15-16
• 1.5 课题来源及研究思路16-19
• 1.5.1 课题来源16-17
• 1.5.2 研究思路17
• 1.5.3 研究内容17-18
• 1.5.4 技术路线18-19
• 第二章 材料与方法19-27
• 2.1 试验原料与试剂19-20
• 2.1.1 试验原料19
• 2.1.2 主要试剂19-20
• 2.2 试验装置与主要仪器20-21
• 2.2.1 试验装置20
• 2.2.2 主要试验仪器20-21
• 2.3 试验操作及分析方法21-27
• 2.3.1 秸秆低酸连续化水热糖化21
• 2.3.2 秸秆水热糖化不同反应节点残渣的收集21-22
• 2.3.3 液体产物分析方法22-23
• 2.3.4 固体残渣分析方法23-27
• 第三章 秸秆低酸连续水热产糖的研究27-58
• 3.1 反应条件对秸秆水热产还原糖的影响27-42
• 3.1.1 流速对小麦秸秆产还原糖浓度的影响27-31
• 3.1.2 流速对油菜秸秆产还原糖浓度的影响31-34
• 3.1.3 酸浓度对小麦秸秆产还原糖浓度的影响34-38
• 3.1.4 酸浓度对油菜秸秆产还原糖浓度的影响38-41
• 3.1.5 反应条件对秸秆还原糖产率的影响41-42
• 3.2 秸秆水热副产物的分析42-55
• 3.2.1 流速对小麦秸秆产糠醛浓度的影响44-47
• 3.2.2 流速对油菜秸秆产糠醛浓度的影响47-50
• 3.2.3 酸浓度对小麦秸秆产糠醛浓度的影响50-52
• 3.2.4 酸浓度对油菜秸秆产糠醛浓度的影响52-55
• 3.3 秸秆水热产还原糖与糠醛产生的关系55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 秸秆水热糖化过程固体相组分变化研究58-74
• 4.1 小麦秸秆水热糖化过程固体相组分变化研究58-66
• 4.1.1 固体残渣的成分分析58-59
• 4.1.2 固体残渣的电镜分析59-63
• 4.1.3 固体残渣的红外分析63-65
• 4.1.4 最优条件水热糖化过程物料衡算65-66
• 4.2 油菜秸秆水热糖化过程固体相组分变化研究66-73
• 4.2.1 固体残渣的成分分析66
• 4.2.2 固体残渣的电镜分析66-70
• 4.2.3 固体残渣的红外分析70-72
• 4.2.4 最优条件水热糖化过程物料衡算72-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 秸秆水热制糖经济性分析74-78
• 5.1 国内秸秆资源74
• 5.2 经济成本分析74-75
• 5.3 秸秆水热制糖的经济效益75-76
• 5.4 秸秆水热制糖的社会与环境效益76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-81
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文86-88

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