蒸汽爆破—辐照协同预处理对玉米秸秆髓产糖及产乙醇的影响

【摘要】：随着石化经济的不断发展,环境污染与能源短缺已引起人们的广泛关注,为了缓解石化资源短缺的问题,开发利用可再生能源,已迫在眉睫。近年来,利用木质纤维原料来生产生物质能源已受到广泛关注。其中木质纤维原料生产的乙醇,即生物乙醇,已成为国内外研究的热点。本文所用的木质纤维材料为玉米秸秆髓。木质纤维原料常用且有效的预处理方法有物理处理、化学处理和物理化学处理等。本文中的玉米秸秆髓采用蒸汽爆破-辐照预处理方法。通过对玉米秸秆髓的还原糖得率、发酵产乙醇得率、形貌特征、表面形态、聚合度、化学稳定性、结晶度以及组分的分析,对该协同处理工艺的作用机理进行了探讨。实验结果显示,蒸汽爆破-辐照协同预处理,对提高还原糖得率具有明显效果。随着辐照剂量的增加,还原糖得率也逐渐提高,蒸汽爆-60Mrad辐照剂量的还原糖得率是未预处理的3.71倍,乙醇得率是未预处理的11.56倍。协同预处理对秸秆髓的聚合度、化学稳定性具有较明显的影响,对表面形态和组分的改变不明显,但很大程度上提高了还原糖得率。对蒸汽爆破-60Mrad辐照预处理的玉米秸秆髓的酶解条件进行了优化,最佳酶解参数为:酶解温度为50℃,初始p H为4.8,纤维素酶用量为70mg/g,木聚糖酶用量为80mg/g,酶解时间为48h,在此条件下,玉米秸秆髓的酶解还原糖得率为29.72%。对蒸汽爆破-60Mrad辐照预处理的玉米秸秆髓发酵产乙醇的条件进行了优化,最佳条件为:发酵温度为30℃,初始p H为4.8,发酵时间为4d,纤维素酶量为70mg/g,木聚糖酶量为80mg/g,酵母菌接种量为6%。在此条件下,乙醇得率为26%,乙醇浓度为5.2mg/m L。 【关键词】：玉米秸秆髓 蒸汽爆破 辐照 酶解产糖 乙醇生产
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122;TQ920.6
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 第1章 文献综述9-19
• 1.1 生物质能源的发展现状9
• 1.2 木质纤维素简介9-11
• 1.2.1 纤维素（cellulose）10
• 1.2.2 半纤维素（hemi-cellulose）10
• 1.2.3 木质素（lignin）10-11
• 1.3 木质纤维素的预处理11-14
• 1.3.1 木质纤维素预处理的意义11
• 1.3.2 木质纤维素常用的预处理方法11-14
• 1.4 木质纤维素原料的酶法水解14-16
• 1.4.1 纤维素酶的结构与反应机理14-15
• 1.4.2 木聚糖酶的结构和反应机理15-16
• 1.5 秸秆制乙醇技术16-17
• 1.5.1 分步水解发酵法16
• 1.5.2 同步水解发酵法16-17
• 1.5.3 同步水解共发酵法17
• 1.5.4 直接微生物转化法17
• 1.6 本课题的研究意义和研究内容17-19
• 1.6.1 研究意义17
• 1.6.2 研究内容17-19
• 第2章 材料与方法19-24
• 2.1 实验材料与仪器19-20
• 2.1.1 玉米秸秆髓19
• 2.1.2 实验菌株19
• 2.1.3 纤维素酶19
• 2.1.4 木聚糖酶19
• 2.1.5 实验药品19
• 2.1.6 培养基19-20
• 2.1.7 仪器20
• 2.2 实验方法20-24
• 2.2.1 酶促水解反应20
• 2.2.2 分布糖化发酵反应20
• 2.2.3 酶解液中还原糖测定20-21
• 2.2.4 乙醇含量测定21
• 2.2.5 化学稳定性的检测21-22
• 2.2.6 平均聚合度的检测22
• 2.2.7 纤维素、半纤维素、木质素测定方法22-24
• 第3章 结果与讨论24-45
• 3.1 协同预处理对玉米秸秆髓产糖得率及乙醇得率的影响24-26
• 3.1.1 蒸汽爆破预处理对还原糖得率的影响24
• 3.1.2 蒸汽爆破-辐照协同预处理对还原糖得率的影响24-25
• 3.1.3 蒸汽爆破-辐照协同预处理对产乙醇得率的影响25-26
• 3.2 协同预处理对玉米秸秆髓的理化性质的影响26-31
• 3.2.1 协同预处理对玉米秸秆髓形貌特征的影响26-27
• 3.2.2 预处理对玉米秸秆髓表面形态的影响27-28
• 3.2.3 预处理对玉米秸秆髓化学稳定性的影响28-29
• 3.2.4 预处理对玉米秸秆髓聚合度的影响29-30
• 3.2.5 预处理对玉米秸秆髓成分的影响30-31
• 3.2.6 协同预处理对玉米秸秆髓结晶度的变化31
• 3.3 酶解产糖工艺参数的优化31-37
• 3.3.1 单因素实验31-35
• 3.3.2 正交试验35-36
• 3.3.3 酶解产还原糖的验证性实验与结果36-37
• 3.4 乙醇发酵工艺参数的优化37-45
• 3.4.1 单因素实验37-42
• 3.4.2 正交试验42-44
• 3.4.3 发酵产乙醇的验证性实验与结果44-45
• 结论45-46
• 参考文献46-48
• 致谢48

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