玉米秸秆超临界CO_2-乙醇—水预处理过程木质素降解脱除

【摘要】：近年来，纤维素乙醇生产技术得到了人们的广泛关注。木质素作为木质纤维素的主要组成成分，其对纤维素的包裹作用不利于纤维素的酶解产糖。木质纤维素预处理的主要目的是破坏木质素对纤维素的包裹，使木质素脱离纤维素表面，增大纤维素的可及度，提高纤维素的酶解效率，降低对环境的不利影响。超临界技术是一种具有较好前景的绿色环保的纤维素乙醇生产预处理技术。本研究选用超临界CO_2-乙醇–水三元体系预处理玉米秸秆，研究木质素在超临界预处理过程中的降解与脱除行为。 本文首先通过Van Soest成分分析法、气质联用技术、热重分析、红外表征等手段对超临界CO_2-乙醇-水预处理过程木质素的降解脱除行为进行研究。结果表明：超临界CO_2-乙醇–水三元体系能有效脱除玉米秸秆中的木质素。超临界CO_2-乙醇–水预处理过程中，玉米秸秆木质素的解聚反应和缩合反应相互竞争，醚键的断裂是木质素解聚的主要形式。温度和时间是影响木质素降解脱除过程的重要因素。 论文对预处理过程残留木质素的存在状态及进一步脱除进行了研究。残留木质素以球状颗粒形式随机分布在纤维素表面，颗粒表面存在木质素–碳水化合物复合体，部分球状颗粒之间聚集融合形成大尺寸木质素颗粒。残留木质素的形成源于大尺寸木质素颗粒以及部分溶解木质素的再吸附。大尺寸木质素颗粒以及木质素–碳水化合物复合体造成残留木质素难以脱除。采用乙醇水溶液及NaOH水溶液对于残留木质素进行处理，乙醇水溶液及NaOH水溶液对残留木质素的脱除率分别为19.2%及22.2%。在纤维素乙醇生产过程中，采用乙醇水溶液洗涤脱除残留木质素，乙醇可以通过蒸馏进行回收，反复循环利用，提高乙醇利用效率，同时避免环境污染。 【关键词】：纤维素乙醇 木质素 超临界 CO_2解聚反应 缩合反应
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X793
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文献综述7-19
• 1.1 纤维素乙醇生产7-11
• 1.1.1 木质纤维素7-9
• 1.1.2 纤维素乙醇生产流程9-11
• 1.2 木质素11-16
• 1.2.1 木质素结构及性质11-15
• 1.2.2 工业木质素应用现状15-16
• 1.3 传统木质素脱除方法16-17
• 1.3.1 亚硫酸盐脱除法16
• 1.3.2 碱脱除法16
• 1.3.3 酸水解法16-17
• 1.4 超临界流体脱除木质素技术17-18
• 1.4.1 超临界流体脱除木质素研究现状17
• 1.4.2 超临界降解脱除木质素存在问题17-18
• 1.5 研究内容及意义18-19
• 第二章 实验与分析方法19-26
• 2.1 超临界 CO2预处理实验19-21
• 2.1.1 实验原料、试剂及设备19
• 2.1.2 实验步骤与方法19-21
• 2.2 磨木木质素提取实验21-22
• 2.2.1 实验原料、试剂及设备21-22
• 2.2.2 实验步骤及方法22
• 2.3 分析方法建立22-26
• 2.3.1 玉米秸秆成分分析22-23
• 2.3.2 气相色谱-质谱联用（GC-MS）23
• 2.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）23-24
• 2.3.4 热重分析（TG-DTG）24
• 2.3.5 扫描电镜（SEM）24
• 2.3.6 光电子能谱（XPS）24-26
• 第三章 木质素降解与脱除26-44
• 3.1 木质素脱除率26-28
• 3.2 木质素降解产物28-32
• 3.3 红外分析结果讨论32-37
• 3.4 热重分析结果讨论37-41
• 3.5 木质素超临界脱除机理的分析与讨论41-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 残留木质素及其洗涤脱除44-60
• 4.1 残留木质素存在形态44-48
• 4.1.1 热重分析44-46
• 4.1.2 扫描电镜分析46-48
• 4.2 残留木质素形成机理的分析与讨论48-53
• 4.3 残留木质素的脱除53-58
• 4.3.1 乙醇水溶液脱除工艺53-54
• 4.3.2 碱液脱除工艺54-55
• 4.3.3 脱除效果比较55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 建议与展望60-62
• 参考文献62-67
• 发表论文和参加科研情况说明67-68
• 致谢68

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