离子液体预处理玉米秸秆及纤维素酶水解研究

论文摘要

玉米秸秆是一种来源广泛、廉价的可再生资源。在我国大多数地区一般做焚烧处理,造成资源的极大浪费。玉米秸秆中含有大约20%的木聚糖半纤维素和40%的纤维素,因此研究对玉米秸秆纤维素预处理技术产生还原糖,进一步发酵生产燃料乙醇,对开发新能源和保护环境具有非常重要的现实意义。三种离子液体通过一步季铵化反应合成出来,这种烷基化反应的优点是:卤代烃价格便宜;取代反应可以在完全反应后很容易被除去;而且形成的卤代盐其阴离子很容易被其它阴离子取代,生成新型离子液体。合成出的离子液体有:1-烯丙基-3-甲基咪唑氯（[AMIM]CI）、1-苄基-3-甲基咪唑氯（[BZMIM]CI）和1-乙基-3甲基咪唑磷酸二乙脂（[C2MIM][（Et0）2PO2]）,并由核磁共振进行检测。使用显微镜观察滤纸纤维素在以上三种离子液体中溶解情况,发现[AMIM]CI在对纤维素溶解温度、时间等方面性能最优。由于木质纤维素原料成分复杂,本身具有很高的结晶度和聚合度,影响了纤维素酶有效地将纤维素水解成可利用的还原糖。离子液体作为不挥发绿色有机溶剂,具有溶解纤维素和其它有机化合物的良好性能。由于离子液体的蒸汽压极低,相对于其它有机溶剂来说,其无毒、不挥发性相对环境友好。本课题用[AMIM]CI预处理玉米秸秆,玉米秸秆能够快速溶解在[AMIM]CI中,对玉米秸秆在[AMIM]CI中溶解前后的红外光谱分析发现,[AMIM]CI能迅速进入玉米秸秆中纤维素结晶区,纤维素不发生衍生化。经过离子液体[AMIM]CI在85℃下4 h预处理过的玉米秸秆,通过向其中加入去离子水,纤维素很快从均相的离子液体中析出。通过离子液体预处理再生玉米秸秆纤维素与稀硫酸预处理玉米秸秆的酶水解单因子分析比较,在相同条件下,水解所得还原糖产率前者是后者的1.8倍。离子液体[AMIM]CI预处理再生纤维素适宜的水解条件是:酶浓度20 30FPU/g ,底物浓度60 g/L （w/v）,温度45°C, pH 4.8,糖化时间1824 h。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 木质纤维素资源及其利用
• 1.2.1 木质纤维素结构和组成
• 1.2.2 农作物秸秆资源化利用
• 1.3 纤维素预处理的研究进展
• 1.3.1 纤维素酶的研究进展、组成和作用原理
• 1.3.2 木质纤维素的预处理工艺
• 1.3.3 影响纤维素酶水解的主要因素
• 1.4 离子液体的研究状况
• 1.4.1 离子液体的性质和发展历史
• 1.4.2 离子液体的种类
• 1.4.3 离子液体的物理化学特性
• 1.4.4 离子液体在溶解木质纤维素方面的应用
• 1.5 本课题的研究内容及可行性
• 第二章 离子液体的制备及溶解纤维素的研究
• 2.1 引言
• 2.2 试剂来源及规格
• 2.2.1 试剂来源及规格
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 二烷基咪唑基离子液体的制备及纯化方法
• 2.3.1 二烷基咪唑离子液体的制备方法概述
• 2.3.2 二烷基咪唑型离子液体的纯化技术
• 2.4 三种的二烷基咪唑离子液体制备和纯化
• 2.4.1 [AMIM]Cl 的合成与纯化
• 2.4.2 [BZMIM]CL 的合成与纯化
• 2MIM][（EtO）₂PO₂]的合成与纯化'>2.4.3 [C₂MIM][（EtO）₂PO₂]的合成与纯化
• 2.4.4 小结
• 1HNMR 表征'>2.5 二烷基咪唑离子液体的¹HNMR 表征
• 1HNMR 表征'>2.5.1 [AMIM]Cl 的¹HNMR 表征
• 1HNMR 表征'>2.5.2 [BZMIM]Cl 的¹HNMR 表征
• 2mim][（EtO）₂PO₂]的¹HNMR 表征'>2.5.3 [C₂mim][（EtO）₂PO₂]的¹HNMR 表征
• 2.6 三种烷基咪唑离子液体溶解和再生纤维素的比较
• 2.6.1 不同种离子液体溶解纤维素初步分析
• 2.6.2 离子液体溶解纤维素机理的推测
• 2.6.3 离子液体中溶解纤维素再生和离子液体回收
• 2.7 小结
• 第三章 离子液体溶解玉米秸秆及其纤维素酶水解
• 3.1 实验原料及试剂
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 试剂来源及规格
• 3.2 实验仪器
• 3.3 [AMIM]Cl 溶解和再生玉米秸秆
• 3.3.1 玉米秸秆在[AMIM]Cl 中的溶解
• 3.3.2 玉米秸秆的再生和[AMIM]Cl 的回收利用
• 3.3.3 玉米秸秆纤维素在[AMIM]Cl 中再生前后的FT-IR 表征
• 3.4 DNS 测定酶活力
• 3.4.1 实验原理
• 3.4.2 实验中所用溶液的配制方法
• 3.4.3 实验步骤
• 3.5 纤维素酶水解的方法
• 3.5.1 不同酶浓度下再生玉米秸秆纤维素酶水解
• 3.5.2 不同底物浓度下再生玉米秸秆纤维素酶水解
• 3.5.3 不同温度下再生玉米秸秆纤维素酶水解
• 3.5.4 不同pH 下再生玉米秸秆纤维素酶水解
• 3.5.5 不同时间下玉米秸秆纤维素酶水解
• 3.6 再生纤维素的酶水解研究
• 3.6.1 不同酶浓度下对预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.6.2 不同底物浓度下对再生玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.6.3 不同温度下对再生玉米秸秆纤维素酶水解影响
• 3.6.4 不同pH 下对再生玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.6.5 不同时间下对再生的玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.7 玉米秸秆稀酸预处理后纤维素酶水解实验研究[57]
• 3.7.1 酶浓度对稀硫酸预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.7.2 底物浓度对稀硫酸预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.7.3 温度对稀硫酸预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.7.4 pH 对稀硫酸预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.7.5 反应时间对稀硫酸预处理后玉米秸秆纤维素酶水解的影响
• 3.8 小结
• 第四章 结论
• 4.1 本文的创新点
• 4.2 主要结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢