【摘 要】
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目的:木质纤维素预处理是纤维素乙醇生产前的关键环节。本课题旨在寻找木质纤维素湿氧化爆破预处理的最佳工艺,并分析纤维素湿氧化爆破预处理法的处理机制,为后期纤维素乙
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目的:木质纤维素预处理是纤维素乙醇生产前的关键环节。本课题旨在寻找木质纤维素湿氧化爆破预处理的最佳工艺,并分析纤维素湿氧化爆破预处理法的处理机制,为后期纤维素乙醇的发酵提供保证。
方法:通过设计正交实验表 L16(45)来考察反应温度、进氧压力、料水比、碱的添加量和反应时间五因素对木质纤维素湿氧化爆破的影响程度,从而确定最优工艺反应条件。利用扫描电镜、粘度计、傅里叶红外光谱等综合分析湿氧化爆破法对木质纤维素固体形态结构、粘度、聚合度、结晶度、吸湿性能等的影响,为纤维素高效利用的预处理方法提供理论指导。利用HPLC测定木质纤维素湿氧化爆破降解液体部分主要单糖、呋喃类和羧酸类化合物的种类、浓度;利用GC-MS对液体部分酚类和芳香类化合物进行分析测定,为湿氧化爆破双效处理技术提供理论支撑。
结果:(1)木质纤维素材料湿氧化爆破预处理的最优条件为:反应温度160℃,进氧压力4.3×105Pa,料水比1:1.5,碱的添加量100g(1kg纤维素材料),反应时间10min。
(2)预处理明显破坏了木质纤维素的结晶结构,增大了秸秆的表面积,木质纤维素材料发生了膨胀。处理后没有新的功能基团和化学结构生成,试样的主体化学结构也没有明显变化。湿氧化爆破预处理对各秸秆材料中α、β、γ-纤维素的影响较小,但对各材料的吸湿性有一定的影响。
(3)湿氧化爆破木质纤维素原料水洗液中葡萄糖的浓度为 0.653-1.562g/L,木糖的浓度为0.166-0.891g/L;糠醛和5-羟甲基糠醛的含量都很低,有些水洗液中没有检测到;甲酸的浓度为1.078-11.086g/L,乙酸的浓度为0.003-3.444g/L。
(4)对湿氧化爆破木质纤维素原料水洗液中的降解产物进行乙酸乙酯萃取和硅烷基衍生化后进行GC-MS分析,结果在玉米秸秆、油菜秸秆、蓖麻秸秆和木屑水洗液中分别检测到12、10、10和16种化合物。
结论:通过工艺条件的优化,得到湿氧化爆破预处理的最优条件为:反应温度160℃,进氧压力 4.3×105Pa,料水比 1:1.5,碱的添加量 100g(1kg 纤维素材料),反应时间10min。木质纤维素固体形态结构、粘度、聚合度、结晶度、吸湿性能的分析和降解液体部分主要单糖、呋喃类、羧酸类、酚类、芳香类化合物的分析研究进一步揭示了纤维素湿氧化爆破的预处理机制,为纤维素乙醇的生产提供理论及技术支撑。
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