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本文考察了生物质原料的水解过程,并将微波技术应用于玉米芯的水解中,重点研究了不同微波条件及影响因素作用下玉米芯中木质纤维素的降解情况及其产物分析。本研究对改进生物质原料的水解过程有重大意义,也为木糖和葡萄糖的制取提供了一条具有潜力的方法与工艺路线。结果表明:
常压下微波辐照水解玉米芯制取木糖,相对于同温度同条件下的蒸煮法,其效果显著优于后者,且主要产物为木糖,杂质较少。以1.5%硫酸为催化剂,固液比为1:15,在自制微波回流反应器内于490W功率下水解50min,不加入任何金属离子助催化剂条件下,玉米芯原料中半纤维素的木糖转化率可达为40%。
进一步研究高温下微波辐照水解玉米芯制取木糖工艺,通过单因素试验和正交试验,确定了最佳反应条件:以1.25%硫酸为催化剂,固液比为1:15,在微波反应器内于140 ℃水解15min,可获得高还原糖及木糖产率,分别为95.33%和71.48%,同时副产物糠醛的转化率为3.07%。相对于传统的蒸煮法需要至少2h,这大大缩短了反应时间,提高了效率并节约了资源。通过对玉米芯水解过程的动力学研究,从理论角度验证并说明了微波辐照水解法更优于现行蒸煮法,同时模拟方程能较好的拟合水解过程。
通过对微波辐照水解玉米芯木糖渣制取葡萄糖的研究,表明以1%硫酸为催化剂,固液比为1:10,在微波反应器内于180℃下水解只需5min内,木糖渣中纤维素的葡萄糖转化率可达35.16%。通过与一般的生物质原料两步稀酸水解法的比较,微波辐照下的两步法稀酸水解法先制木糖再制葡萄糖,效果更好,效率更好,工艺要求更低。