H2O2/HCl预处理对小麦秸秆木质素去除及酶解性能研究

作     者：郝韶华 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄超

授予年度：2016年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：小麦秸秆 H2O2/HCl预处理 木质素去除 酶解糖得率 扫描电镜分析 

摘      要：本文针对秸秆制乙醇预处理技术中,存在效率低,能耗大以及高温预处理易产生副产物等问题,对提高秸秆木质素去除效果和酶解性能的方法进行了实验研究。以无二次污染的HO为预处理试剂,在中低温条件下,固液比为1:8,对小麦秸秆分别进行以下预处理,探索HO浓度、预处理时间和温度对小麦秸秆木质素去除和酶解效果的影响。首先在121℃,HO浓度范围为2%-8%下预处理60min;其次在6%HO,预处理温度分别为60、80、121℃下处理60min;再次在4%、6%、8%HO,温度为121℃下预处理10-180min,最后对所有预处理后的小麦秸秆进行酶解,酶解条件为:底物浓度为3%,纤维素酶15mg(酶活为20万/U),pH为4.8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液10mL。对预处理后秸秆进行木质素分析和酶水解的结果表明:HO浓度为6%,温度为121℃,时间为80min时,酶解48h后,酶解液的还原糖得率达到最大值为:28.05g/100g DM。此时木质素去除率为78.35%,干物质回收率为54.11%。为了进一步提高秸秆的还原糖得率,本文还探索了秸秆先经HO初步处理后,再采用稀HCl进行第二步预处理的两步处理法。在固液比为1:8,对经过6%HO,121℃预处理80min后的小麦秸秆,在121℃下分别进行以下处理:首先在HCl浓度范围为0.2%-1.5%下预处理40min,其次在HCl浓度为0.4%、0.6%、0.8%下预处理5-50min,最后在酶解条件:底物浓度为3%,纤维素酶15mg酶活为20万/U,pH为4.8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中酶解。分析秸秆预处理后还原糖得率和酶水解后还原糖得率,结果表明:121℃下,第二步预处理的HCl浓度为0.6%,预处理30min时,总糖得率达到最大,最大值为35.83g/100g DM。最后,为进一步分析HO和HCl对小麦秸秆作用机理,对不同预处理前后的小麦秸秆进行扫描电镜分析。扫描电镜分析表明,HO预处理后的小麦秸秆结构遭到一定程度的破坏,与60、80℃相比,预处理温度为121℃破坏程度显著提高。经过两步HO/HCl预处理后,小麦秸秆结构破坏程度加深,纤维素链状结构发生断裂,碎片增多,孔洞增加。