再生植物纤维预处理强化水解糖化的研究

作     者：李奇明 

作者单位：大连工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩颖

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：二次纤维 蒸汽爆破 预处理 糖化 

摘      要：从十八世纪中叶的工业革命开始,煤炭、石油等石化能源一直是人类懒以生存的资源,但是随着这些不可再生能源的不断减少以及能源消耗过程中带来的诸多环境问题,使得能源结构的改革成为了社会热议的话题。使得植物纤维作为一种大量存在的生物质可再生能源,为改善我国的能源结构提供了一种选择。其中,二次纤维作为植物纤维的衍生产品,主要由纤维素、半纤维素以及木素组成,而这些由纤维素和半纤维素组成的碳水化合物降解可生成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖和甘露糖等,经发酵可生产木糖醇、乙醇等化工燃料。本文以日常办公文化废纸作为二次纤维的原料,通过比较不同的预处理方式以达到提高二次纤维糖化效率的目的。主要研究的内容及结果如下:1.研究了不同预处理方式对二次纤维结构及组成成分的影响,包括球磨、蒸汽爆破、离子液体、纤维素酶、超声波、碎解脱墨等预处理方式。结果表明:碎解脱墨可作为二次纤维回收的初处理流程,由此收集较为洁净的纤维素原料用于再造纸或其他用途;超声波和纤维素酶预处理一定程度增加了纤维的比表面积,有助于加快药液的浸透,但对于纤维结构的影响有限;球磨、蒸汽爆破和离子液体预处理是较为有效的二次纤维预处理方式,但是球磨和离子液体预处理二次纤维的能耗较高,蒸汽爆破是较为经济高效的二次纤维预处理方式。2.为得到最佳的二次纤维预处理效果,选取了蒸汽爆破作为二次纤维预处理的切入点,进一步研究了化学预浸渍蒸汽爆破预处理二次纤维,化学浸渍药品为HSO和NaOH。结果表明:化学药液预浸渍在蒸汽爆破过程中对纤维的润涨和化学作用使得在蒸汽爆破高温高压的过程中半纤维素和木素降解,更多的纤维素暴露出来,同时由于蒸汽爆破过程的机械作用力使纤维分丝、断裂,一定程度降低了纤维聚合度、结晶度,增加纤维比表面积、可及度以提高其反应性能。3.研究了化学预浸渍蒸汽爆破预处理对二次纤维糖化的影响。结果表明:当预浸渍为质量浓度3%的HSO时,经爆破处理的二次纤维在水解40min时还原糖得率即达到最大的65.68%,比未处理二次纤维稀酸水解提高了22.80%;当预浸渍为质量浓度3%的NaOH时,经爆破处理的二次纤维酶解还原糖得率达到69.11%,比未处理二次纤维酶解得率提高了11.08%。对比稀酸水解和酶解产物发现,纤维素酶解的产物相对集中,对于纤维素的糖化选择性更高,葡糖糖的含量占比达到89.65%。