论文摘要
以生物质为原料生产燃料乙醇,预处理是其中最为关键的一步。现今,大多数预处理方法存在能耗高,对设备要求严格,环境污染严重,催化剂不可重复利用等方面的缺点。本研究以能源植物芒草为研究对象,分别采用有机碱胍和氨基胍、无机碱氢氧化钙为催化剂预处理芒草秸秆。考察了不同预处理条件对预处理效果的影响,采用多种先进手段对预处理前后芒草秸秆结构和性能进行了表征,探讨了预处理过程中芒草秸秆结构变化与破解木质纤维素抗降解屏障之间的关系。主要研究结果如下：（1）以胍和氨基胍为催化剂分别预处理芒草秸秆,考察了催化剂用量、预处理温度和时间等因素对预处理效果的影响,以XRD、FTIR、TG、SEM等对预处理前后芒草秸秆进行了表征。结果表明,催化剂用量和预处理温度是影响预处理效果的主要因素,胍的预处理效果整体优于氨基胍,在预处理温度超过65℃时氨基胍预处理效果好于胍,氨基胍在破坏半纤维素链方面优于胍；SEM显示预处理后的秸秆表面呈现多孔、开裂和腐蚀状,XRD表明预处理后纤维素相对结晶度指数增加,FT-IR光谱证实胍和氨基胍均能有效去除木质素和降解纤维素的氢键,TG表明使用胍预处理的秸秆纤维素急剧失重的起始温度高于氨基胍。（2）以氢氧化钙作为催化剂预处理芒草秸秆,预处理在不耗能的自然状态下进行,不加热、不振荡,静止放置,考察催化剂用量和浸泡时间对预处理效果的影响,以XRD、FTIR、SEM等对预处理前后芒草秸秆进行了表征。考察时间设定为30 d,考察温度为室温28℃左右,同时以加热、振荡12h的预处理方式作为对照。结果表明,未加氢氧化钙的空白试样中可溶性糖及酶解产糖的变化趋势与加了氢氧化钙的变化趋势有明显差异,表现为空白试样预处理时间增加,糖产量逐渐减少；加了催化剂的试样糖产量随时间变化趋势大体相同,且在低用量范围内催化剂用量是影响预处理效果的主要因素,当氢氧化钙用量大于0.10g/g干物质时,再增加催化剂用量对预处理效果的改善不大；预处理10 d酶解后五碳糖的产量最高,最高五碳糖产量为148mg/g干物质,而预处理4d酶解后六碳糖产量最高,最高六碳糖产量为268 mg/g干物质；预处理脱除酸不溶木质素的质量随着预处理时间增加呈现增加后稳定的趋势。SEM图像表明处理后芒草秸秆表面变得稀松,随着碱浓度的提高秸秆表面出现较多小孔；XRD衍射结果显示预处理后纤维素的结晶度整体呈小幅度上升趋势；FT-IR光谱证实氢氧化钙能够有效地去除木质素,且不同预处理浓度下去除的木质素在结构上几乎没有发生改变,FT-IR还证实氢氧化钙能够有效降解纤维素之间的氢键。（3）本实验研究通过比较不同预处理方法,发现无能耗预处理在酶解产糖方面能够达到与有能耗预处理相同的目的,只是在预处理时间方面略有差别。且氢氧化钙预处理与有机胍预处理相比,更廉价、更环保。说明以氢氧化钙无能耗预处理方式具有良好的应用前景。