生物质酸催化两步水解反应的研究

以松木木屑为原料,在自行设计的连续水解反应装置中进行稀硫酸催化连续水解的研究。通过正交试验法对木屑水解的反应条件进行优化,得到分别以木糖和葡萄糖为目标产物的较优工艺条件;以正交试验得到的工艺条件为基础,对木屑两步水解反应进行单因素分析,得到的最佳工艺分别为:反应温度170℃,反应时间5min,酸浓度1%,液固比7和反应温度190℃,反应时间7min,酸浓度3%,液固比9;通过分析半纤维素和纤维素的水解情况,探讨半纤维素水解对纤维素水解的促进作用机理。     

农业废弃物高温液态水水解动力学

以木聚糖、稻秆和棕榈壳为原料,采用间歇水解实验台,在压力4.0 MPa、液固质量比20:1、搅拌转速500 r/min的条件下,在温度160~220℃、时间0~60 min范围内进行了水解动力学研究,经数据拟合得到水解反应动力学参数. 研究表明,3种原料的水解行为大致遵循一级连续反应动力学模型,温度和时间是影响水解效果的主要因素. 木聚糖水解反应活化能约为65.58 kJ/mol,糖降解活化能达147.21 kJ/mol,故水解产物中的还原糖能不断累积. 稻杆和棕榈壳组分相对复杂,水解活化能分别为68.76和95.19 kJ/mol,均高于相应的糖降解活化能(47.08和79.74 kJ/mol),在水解过程中必须严格控制反应时间,减少糖的降解.     

离子液体提取木质素及环氧树脂的合成

采用离子液体提取尾叶桉木木质素,以甲苯酚为酚化剂,浓硫酸为催化剂,对木质素进行酚化改性,再以NaOH为催化剂,将酚化木质素与环氧氯丙烷进行环氧化反应,合成木质素基环氧树脂。实验表明:当离子液体为[ChCl][Gly]、温度为90℃、时间为12 h、液固比为20∶1时,木质素的提取率达到93.73%,再生木质素纯度为96.3%;酚化木质素与环氧氯丙烷质量比为1∶2.5,NaOH质量分数为酚化木质素质量的20%,反应时间为3 h,反应温度为95℃,在此条件下,木质素环氧树脂的环氧值为0.364。     

3种能源草高温液态水预处理的比较实验研究

在最优高温液态水预处理条件(180℃,40 min,固液比1:20,饱和蒸汽压)下,比较3种不同能源草作物的表现,其中杂交狼尾草Ⅰ号、Ⅱ号和柳枝稷的木糖收率分别为88.46％、98.09％、83.65％.3种能源草经高温液态水水解后酶解率增大,最高能接近100％,总糖收率约为90％.3种能源草后续酶解表现也有差异,柳枝...     

木质纤维素类生物质制取燃料及化学品的研究进展

木质纤维素类生物质含有丰富的纤维素和半纤维素多糖,通过微生物发酵将它们转化为能源及高附加值的化学品,对于缓解全球能源危机带来的压力和解决环境污染问题具有重要意义。介绍了木质纤维素类生物质的结构特征;评述了预处理方法,包括稀酸、高温液态水蒸气爆破、CO2爆破、氨爆、碱法、有机溶剂法、生物处理法;重点介绍由生物质生产乙醇、丁醇及生物柴油的研究现状。指出开发高效环保的预处理方法、构建耐毒高产菌株和应用连续发酵或补料批式发酵方式等是加快木质纤维素类生物质发酵利用工业化进程的关键所在。     

甘蔗渣在高温液态水中的超微结构与组分变化

木质纤维素类物质中天然纤维素与半纤维素、木质素等组分交联形成了坚固的细胞壁,对纤维素酶水解和微生物消化表现出一定的抗性,原料预处理可以克服细胞壁抗性,提高木质纤维多糖生化转化效率.从细胞壁超微结构层次入手,对甘蔗渣细胞壁在高温液态水预处理过程中的解构机理进行了深入研究.未处理甘蔗渣细胞壁分层现象明显,由外至内分别为胞间层(ML)、初生壁(P)及次生壁(S),高温液态水预处理后各层界线变得模糊.SEM-EDXA分析表明细胞壁各层木质素分布发生了迁移,水解液中的木聚糖和木质素衍生物在细胞壁表面凝集生成类木质素滴状沉淀物.拉曼光谱分析结果显示预处理后纤维素在细胞壁各层分布趋于均质化.     

纤维素酶固定化载体的研究进展

重点介绍了可溶性载体、不溶性载体以及可溶-不可溶性载体固定化纤维素酶的研究进展,3种载体都能不同程度地提高纤维素酶的稳定性与重复使用性。可溶性载体能提高纤维素酶的操作稳定性,有利于水解不溶性的纤维素,但回收不方便。不溶性载体固定化纤维素酶,回收方便,操作稳定性提高,但即使是提高了比表面积和减少了酶与底物的传质阻力的不溶性磁性纳米材料与膜材料固定化纤维素酶,也大多停留在水解可溶的羧甲基纤维素(CMC)阶段,不能高效率地水解不溶的纤维素底物。可溶-不可溶性载体固定纤维素酶,既能方便回收,又能水解不溶性的纤维素底物,但存在难固定,沉淀-溶解过程酶活损失大的缺点,期待开发新的固定方法与新的可溶-不可溶性载体。     

渗滤与间歇高温液态水预处理甘蔗渣的对比研究

以甘蔗渣为原料,采用自主搭建的连续渗滤试验台,考察反应温度、反应时间、反应液流量对甘蔗渣水解情况的影响。实验发现水解液中木聚糖主要以低聚木糖的形式存在,其所占总木糖的比例主要与反应温度和反应液流量相关,高处理温度、低流量易于生成木糖并进而生成副产物,说明木聚糖在高温液态水中的水解路径为:木聚糖—低聚木糖—木糖—糠醛等。通过实验确定180℃是最合适的反应温度,反应液流量为30 m L/min,15 min获得具有4.17 g/L总木糖的水解液,此时总木糖收率可达93.95%。与间歇搅拌反应形式中的水解情况进行对比分析发现,在相同处理效果的前提下连续渗滤反应形式耗水量更大,但渗滤反应形式可获得更高的木糖收率,残渣酶解率、总糖收率均高于间歇法,副产物生成量也低于间歇反应形式。     

纤维质原料高浓度酶解技术研究现状及机理分析

高浓度酶解体系能够获得高糖浓度,显著提高单位设备利用率,减少酒精蒸馏等生产成本,具有较好的应用价值。本文在介绍高固含量底物酶解技术相关研究基础上,主要对高底物浓度水解体系下抑制因素进行了分析,同时对高浓高效酶解反应器的设计及开发进行探讨。高浓度酶解体系伴随水解液中高糖浓度和高的酒精得率,但是酶解转化率随着底物浓度增加而降低,这种抑制效应的出现受多种因素的影响,包括纤维素酶吸附量的下降、产物抑制、搅拌不均使传质传热受限体系粘度增大、水与底物的作用等,可通过改变反应温度、搅拌方式、添加表面活性剂、利用分批补料等酶解技术以改善体系酶解效率,使底物高效转化同时提高产物乙醇浓度,节约燃料乙醇生产成本。     

高温液态水预处理园林废弃物提高酶解率

为探寻园林废弃物的能源化再利用潜力,以红花羊蹄甲树枝和台湾草废弃物为原料,采用高温液态水预处理方法进行工艺优化研究,以提高其酶解率。结果表明:红花羊蹄甲树枝的最优P因子为1233,台湾草废弃物的最优P因子为153,此时总木糖收率分别为85.48%和68.40%,总糖收率分别达到87.84%和86.31%,72 h酶解率分别由原料的43.99%和55.94%提高到81.25%和87.27%,其中台湾草废弃物比红花羊蹄甲树枝在预处理前后都更易酶解。高温液态水预处理过程脱除了大量半纤维和部分木质素,显著改变了物料表面平整结构,增大了比表面积和纤维素结晶指数,这些变化有助于后续酶解。