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随着全球提倡绿色能源、粮食安全,使用非粮食作物的可再生生物质作为原料开发绿色能源已经成为世界的研究热点。以稻草秸秆为原料制备燃料酒精因具有可再生性、经济性、环保性而备受关注。而超临界水一步法处理稻草秸秆制备还原糖是一种燃料酒精原料预处理的绿色高效方法。
首先,本文对间歇操作条件下超临界水一步法处理稻草秸秆制备还原糖进行研究。采用自制超临界水的间歇反应器,在设定反应时间内,通过350-550℃的锡浴预热使反应体系达到超/近临界状态。稻草秸秆经处理后,由冷水中急冷终止反应,用DNS法检测还原糖含量。通过对不同反应温度(325℃到385℃)、反应压力(12 MPa到24 MPa)、处理时间(20 s到210 s)、固液比(1:10,1:15,1:25,1:30)等因素进行考察,发现在350℃、16 MPa、25 s、固液比1:15的条件下,还原糖收率到达最大值30.87%(以稻草秸秆中的纤维素和半纤维素含量为基准计算)。
其次,本文对不同处理方式的稻草秸秆转化影响进行了对比研究。发现在超临界水条件下,稻草秸秆的特殊微观结构性质不影响反应进程,因此超临界水一步法比用碱液处理后再进行超临界水解更利于稻草秸秆转化为还原糖;此外,在超临界水一步法与三种酸解法比较中,发现虽然超临界水一步法处理效果居中,但其具有反应时间短,操作温度和压力可独立地作用于水解反应过程的优点。因此在后续连续装置中可通过提高反应压力而获得较高的还原糖收率。
最后,本文还考察了不同预处理方式对稻草秸秆的成分影响。发现超临界水一步法具有明显高于其他几种方法的原料转化性。其他六种方法都依据其自身作用机理,造成稻草秸秆成分组成一定程度的变化,但在剩余残渣中,还是有较高的纤维素、半纤维素和木质素含量。