马来酸预处理麦秸的研究

论文摘要

本文研究了用马来酸预处理麦秸时各反应条件对木糖得率和糠醛得率的影响。对马来酸水解麦秸半纤维素生成木糖的过程进行动力学研究。并用纤维素酶水解马来酸预处理麦秸后所得的滤渣，分析其葡萄糖产生规律。旨在提高麦秸木质纤维中木糖和葡萄糖的综合利用。马来酸预处理麦秸生成木糖的最佳反应条件为：固液比值70g/L，反应时间40min，温度150℃，酸浓0.1mol/L。在此条件下，木糖得率可达75%，而糠醛得率仅为1.6%。反应过程中温度等四个因素对木糖得率的影响的大小关系为：温度＞酸浓＞反应时间＞固液比值；对糠醛得率的影响的大小关系为：温度>反应时间>酸浓>固液比值。在较高温度下，马来酸催化木糖转化成糠醛的作用强度比硫酸小。在温度170℃、酸浓0.1mol/L、时间40min、固液比70g/L下，马来酸预处理麦秸产生的糠醛浓度为0.52g/L，而相同条件下用硫酸预处理麦秸所产生的糠醛浓度高达1.49g/L。Saeman模型能够较好地描述木糖生成过程以及其降解产物糠醛的产生过程。通过曲线拟合确定了不同反应温度下木糖的生成速率常数以及分解速率常数，同时利用Arrhenius方程确定木糖生成活化能Ea为120.43kJ/mol。用纤维素酶水解马来酸和硫酸预处理麦秸后所得的滤渣，马来酸预处理后所得滤渣的酶解葡萄糖得率要略高于硫酸预处理后所得滤渣的酶解葡萄糖得率。红外光谱表明，马来酸预处理主要去除麦秸的半纤维素；电镜显示，麦秸经马来酸处理后，表面出现明显的裂痕且产生大量孔洞。因此，用马来酸预处理麦秸能够有效去除半纤维素，降低糠醛等发酵抑制物的产生，同时保证滤渣用纤维素酶水解后的高葡萄糖得率。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 立题依据
• 2 文献综述
• 2.1 生物燃料乙醇发展概况
• 2.2 燃料乙醇的优点
• 2.3 燃料乙醇的生产工艺
• 2.4 木质纤维原料的主要组成
• 2.5 木质纤维原料制备燃料乙醇
• 2.6 木质纤维原料的预处理技术
• 2.6.1 物理法
• 2.6.2 化学法
• 2.6.3 生物处理法
• 2.6.4 联合法
• 2.7 纤维素酶
• 2.7.1 纤维素酶的组成
• 2.7.2 纤维素酶降解机制
• 2.7.3 纤维素酶水解纤维素的影响因素
• 3 马来酸预处理麦秸的响应面法研究
• 3.1 实验材料和设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 原料中纤维素、半纤维素、木质素成分分析[77]
• 3.2.2 原料苯醇抽提物含量的测定
• 3.2.3 原料灰分含量的测定
• 3.2.4 原料水分含量的测定
• 3.2.5 麦秸的马来酸预处理
• 3.2.6 液相中木糖含量的测定
• 3.2.7 液相中糠醛含量的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 原料各成分分析
• 3.3.2 中心组合试验设计（CCD）
• 3.3.3 马来酸预处理麦秸的响应面分析
• 3.3.4 最佳反应条件确定
• 3.3.5 马来酸预处理麦秸和硫酸预处理麦秸的水解液成分比较
• 3.4 本章小结
• 4 马来酸预处理麦秸的动力学研究
• 4.1 实验材料和设备
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器与设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 麦秸半纤维素水解的反应机理
• 4.2.2 麦秸半纤维素水解的动力学模型
• 4.2.3 半纤维素水解活化能
• 4.2.4 糠醛生成过程的动力学拟合
• 4.3 本章小结
• 5 对马来酸预处理麦秸后滤渣的结构表征和酶解分析
• 5.1 实验材料和设备
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验仪器与设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 扫描电镜分析
• 5.2.2 红外光谱分析（FT-IR）
• 5.2.3 滤纸酶活力的测定
• 5.2.4 纤维素酶水解
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 扫描电镜分析
• 5.3.2 红外光谱分析
• 5.3.3 用纤维素酶水解滤渣的分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 参考文献