纤维素稀酸水解的试验研究

阐述了生物质水解的研究背景和发展现状，并在间歇反应器上，对极低浓度酸条件下纤维素的水解进行了研究。以浓度小于0．1％的H2SO4为催化剂，在215℃条件下，得到了较高的还原糖产率和纤维素转化率对于不同停留时间对反应的影响进行了研究，得出不同酸浓度下获取还原糖的最佳停留时间、利用水解生成的糖可通过后续发酵制取燃料酒精等液体燃料，有利于缓解能源危机和环境压力。     

木质纤维素类生物质稀酸水解技术研究进展

稀酸水解技术被广泛应用于木质纤维素类生物质制取燃料乙醇,是目前经济性最好的酶水解预处理技术.文章从稀酸水解工艺出发,综述了近年来稀酸水解技术中非常有发展前景的高温液态水和超低酸水解技术在国内外的研发现状,归纳了常用的5种水解反应器的处理性能,并对比分析了其优缺点,最后提出了稀酸水解技术在工艺及反应器设计方面的发展方向,为后续研究打下了基础.     

酸水解木质素的结构及热解产物分析

采用木质纤维典型稀酸水解残渣为实验原料,对其理化特性进行分析.对酸水解木质素(简称AHL)进行分离提纯,通过定量31P-NMR及木质素衍生化后的还原降解(DFRC)技术研究分离得到的水解残渣木质素的官能团的含量.采用TG和DTG研究AHL的热分解特性.借助Py-GC-MS分析AHL热裂解产物的主要组成.研究结果表明,AHL的热解发生在一个宽泛的温度范围内,并且DTG曲线中可以看到两个明显的失重峰;AIL热裂解产物主要由木质素大分子β-0-4连接断裂所得产物及二次裂解产物构成.     

木质纤维素生物质稀酸水解研究（Ⅰ）——连续水解反应器的研究与开发

应用自行设计的一套处理量为2kg/h生物质稀酸连续水解反应器,初步研究生物质的稀酸水解反应,以木屑为原料,稀硫酸为催化剂,考察反应温度、稀酸浓度、反应时间对转化率和产率的影响。结果表明,当温度为200℃,停留时间为6min,催化剂浓度为1％,木屑液固比为10L／kg时,可得到相对较理想的水解效果。     

木质纤维素两步稀酸低温水解研究

为了降低水解液中抑制剂的浓度,对木质纤维素采用两步稀酸低温水解,通过对两步稀酸水解中重要参数(温度,反应时间,硫酸浓度)的研究,得到第一步水解的最佳条件为:温度135℃,反应时间2h,硫酸1.5%;第二步水解最佳条件为:温度135℃,反应时间2h,硫酸3.0%。以秸秆为原料得到的糖浓度可达5%。采用嗜鞣管囊酵母对水解软木所得水解液进行乙醇发酵实验,24h乙醇产率为0.41g/g,达到最大理论产率的80.4%。乙醇发酵实验证明,两步稀酸低温水解物对乙醇发酵没有抑制作用。     

超低马来酸水解纤维素的试验研究

以定量滤纸为纤维素模化物,在3种超低酸浓度和4种温度下进行了马来酸水解的多点取样实验,以还原糖收率为指标得到较佳工况,并进一步通过间歇实验确定酸浓度0.1%、液固比20:1、温度220℃、压力4MPa、搅拌速率500r/min、反应时间55min为较优工况,可得到还原糖收率、还原糖转化率和原料转化率分别为32%、66%和48%。硫酸水解的较佳工况比较,发现马来酸存在下还原糖降解较弱,糠醛类的相对含量比硫酸存在时减少24.57%(48.22%:72.79%)。马来酸水解纤维素产糖多为聚糖;残渣依然具有纤维素特性,但结晶度较原料降低17%,对后续的酶解及发酵有利。     

微波促纤维素超稀酸水解研究

将微波加热方法应用于纤维素超稀酸水解。研究了在微波辐射及加压条件下纤维素的超稀酸水解机理,并对超稀硫酸和超稀马来酸的催化水解效果进行了对比研究,通过正交试验考查了固含量、酸浓度、反应压力、反应时间及微波功率对还原糖得率的影响。试验结果表明,对于纤维素超稀酸水解制备还原糖的转化,微波加热法可降低反应压力,缩短反应时间,提高水解液还原糖浓度;在优化工艺条件下,超稀马来酸的催化效果优于超稀硫酸。对纤维素水解残余物的红外分析表明,超稀硫酸和超稀马来酸催化水解残余物均保留了较好的纤维素特征。     

纤维素废弃物稀酸水解残渣制氢研究

对纤维素废弃物水解残渣催化气化制氢进行了研究,考察了气化温度、催化温度、催化剂颗粒粒径和S/B (单位时间内进入气化器中水蒸汽质量与生物质质量之比)4个主要参数对气体组成和氢气产率的影响并和以木屑为原料催化气化制氢进行了比较。在试验范围内提高气化温度、催化温度和S/B的值以及减小催化剂颗粒粒径对提高氢产率有利,其中气化温度和S/B对提高氢产率影响较大。气化温度在800～850℃内较为理想,催化剂颗粒的适宜粒径为2～3mm,S/B取1.5～2.0较佳;和木屑制氢相比,使用水解残渣制取的气体中CO和CO_2的体积百分比小,H_2/CO的值大,氢气含量高,有利于后续处理,且氢产率大,对制氢有利。     

纤维素连续催化水解研究

以氯化铁和氯化亚铁为催化剂在流体连续流动的条件下研究了木屑在稀盐酸中的水解过程。考察了水解时间和温度,催化剂浓度和组成及液固比等对糖产率的影响。证明氧化亚 催化效果比氯化铁显著,在适当的水解条件下,木屑的转化率可达７１％以上。     

木质纤维素生物质稀酸水解研究(I)——连续水解反应器的研究与开发

应用自行设计的一套处理量为2kg/h生物质稀酸连续水解反应器,初步研究生物质的稀酸水解反应,以木屑为原料,稀硫酸为催化剂,考察反应温度、稀酸浓度、反应时间对转化率和产率的影响.结果表明,当温度为200℃,停留时间为6min,催化剂浓度为1%,木屑液固比为10L/kg时,可得到相对较理想的水解效果.     

基于高效液相色谱分析的生物质超低酸水解研究

基于自行开发的生物质水解装置,应用高压液态水与超低浓度酸相结合的二步水解的方法,对木聚糖和定量滤纸进行水解试验研究,继而在此基础上研究了3种典型生物质的二步超低酸水解规律。对水解液体产物应用高效液相色谱方法进行定性和定量分析,从而得知3种典型生物质第一步水解产物中主要以木糖和低聚木糖为主,第二步水解产物中主要有纤维二糖,葡萄糖及少量果糖。由于3种原料组成不同,其糖类产物的分布和含量有较大差别。     

酶法水解低聚木糖生产废渣工艺的研究

以低聚木糖生产废渣为酶法水解工艺的研究对象,考察了底物浓度和酶用量对酶解效率和葡萄糖产率的影响。研究结果表明,当纤维素酶Celluclast 1.5L用量在10FPIU/g,底物质量浓度50g/L条件下水解48h,酶解得率达到74.9%,葡萄糖得率为35.1%。单酶水解反应体系寡糖浓度水平较高,添加纤维二糖酶可有效解除可溶性寡糖累积引起的反馈抑制作用。当纤维二糖酶Novozyme 188添加量为30CBIU/g时,相同条件下水解48h酶解得率上升到98.1%,而葡萄糖得率达到78.2%。     

Experimental study and product analysis of lignocellulosic biomass hydrolysis under extremely low acids

Using our self-designed facility for lignocellulosic biomass hydrolysis under extremely low acid, and under the optimal reaction conditions of hemicellulose and cellulose determined by xylan and quantitative filter paper as the model, two-step dilute acid hydrolysis was carried out in detail on pine, fast-growing poplar and maize straw. The corresponding conversion ratio is 41.78%, 57.84% and 53.44% and the total reducing sugar conversion ratio is 39.28%, 42.83% and 23.82% respectively. Simultaneously, sugar component analysis of the products was performed by high performance liquid chromatography (HPLC) and monosaccharide and oligosaccharide content were compared. Finally, poplar hydrolysis residues were analyzed by proximate and ultimate analysis. __________ Translated from Journal of Engineering Thermophysics, 2006, 27(5): 741–744 [译自: 工程热物理学报]     

酶酸联合水解玉米秸秆的实验研究

开发了一种通过酸酶联合水解处理玉米秸秆以得到可发酵单糖的工艺方法,进行了稀硫酸预处理玉米秸秆的研究。得到最佳的工艺条件,木糖收率达到84.90%。用纤维素酶水解酸处理过的玉米秸秆,考察了pH值、温度、时间对酶水解率的影响,结果表明:酶解温度为50℃,pH值为4.8,水解时间为60h时,酶水解率达到91.71%。该工艺达到了节能高效地转化玉米秸秆为可发酵单糖的目的。     

棉花秸秆等温干燥特性试验研究及回归分析

利用综合热分析仪进行了不同温度下的棉花秸秆等温干燥实验.对等温干燥曲线分析表明,棉花秸秆等温干燥过程可分为预热、恒速干燥和降速干燥3个阶段,然后采用6种数学方程分别对3个阶段的实验数据进行回归,用最小二乘法来估算回归系数.通过比较F值,得出棉花秸秆含湿量与干燥时间在不同干燥阶段可用不同的回归方程来表示,即在预热段为y=a b1t b2t2,在恒速干燥段为y=a bt,在降速干燥段为y=atb.     

大型海藻生物质的比热容实验研究

用NETZSCH DSC404型差示量热扫描仪(DSC)测定了3种海洋生物质.海藻在40～550℃温度范围内的比热容,并在传统求解方法的基础上根据失重值对结果进行了修正.结果表明:海藻在升温过程中水分挥发、挥发分大量释放、半焦状态3个主要区间内的比热容相差较大,这是因为其残留物性质发生了变化.3种海藻总体相比较而言:江蓠的比热容最大,条浒苔次之,马尾藻最小.该文中还给出了海藻在40～550℃温度范围内的比热容与温度的关联式.研究结果可供大型海藻生物质热化学转换能源利用及其相应的数值模拟参考使用.     

生物质水解液中糖酸分离方法的研究进展

对生物质酸水解发酵制燃料乙醇过程中关键技术糖酸分离的方法进行了综述,对中和法、溶剂萃取法、离子排斥色谱法和双极性膜电渗析法的分离工艺过程以及优缺点进行了讨论。指出生物质浓酸水解制燃料乙醇工艺中使用离子排斥色谱法进行水解液中的糖酸分离以及酸回收是经济的;在生物质稀酸水解工艺中使用双极膜电渗析法分离水解液较使用离子排斥色谱法更为经济。同时,提出采用何种分离方法应根据所采用的水解条件和工艺要求进行选择才能达到经济实用的目的。     

生物质制备新型平台化合物乙酰丙酸

实验考查了利用玉米秸秆为原料,在高温稀酸的条件下制备乙酰丙酸的工艺。根据Box-Behnken实验设计方法,选取反应温度、硫酸浓度、液固比和反应时间为影响乙酰丙酸产率的4个主要因素,分别在三水平条件下进行了27次试验。在此基础上建立了二次方程的模型,R2=0.9145显示了模型具有较好的拟合度。进一步通过响应面分析得到了优化的工艺条件:温度206.20℃,硫酸浓度3.90%,液固比15.50,反应时间37.35min。在优化的工艺条件下,玉米秸秆经水解后,最终的乙酰丙酸产率为10.74%,与模型估计值接近。