碱性双氧水预处理玉米秸秆性质研究

使用碱性双氧水对玉米秸秆进行预处理,可以有效提高秸秆的酶解效果。实验表明,最优预处理参数为使用分别占秸秆质量16%的 H₂O₂和25.6% 的NaOH,于40℃下预处理秸秆24 h。对经不同预处理剂处理后的秸秆进行酶解,发现NaOH及碱性双氧水预处理秸秆的酶解还原糖产量为7.48 g/L和8.26 g/L,而经H₂O及H₂O₂预处理秸秆的还原糖产量仅为1.35 g/L和1.59 g/L。通过木质纤维素含量及SEM分析发现,氢氧化钠主要作用为溶解秸秆中的木质素及半纤维素,而双氧水的存在则会破坏秸秆表面结构。计算秸秆预处理前后质量损失发现,双氧水的存在不能显著提高秸秆预处理后的质量损失,但会氧化分解被氢氧化钠溶解的大分子物质,对此过程机理及产物还需进行深入的研究。     

卧式酶解罐用于预处理玉米秸秆水解研究

利用卧式滚筒酶解罐、立式搅拌酶解罐和卧式搅拌酶解罐分别对预处理玉米秸秆(PCS)进行水解研究,分析了酶解过程中p H、密度、总固体(TS)含量、纤维素含量(TC)、不可溶性总固体含量(FIS)、葡萄糖含量和木糖含量的变化趋势。卧式滚筒酶解罐用于TS含量较高的PCS酶解时,反应物容易粘附在反应桶内壁,不利于酶解有效地进行,138 h水解产生的葡萄糖含量为8.6%,低于立式搅拌酶解罐120 h水解产生的葡萄糖含量11.4%。而卧式搅拌酶解罐用于TS含量(25%)较高的PCS酶解时,120 h水解产生的葡萄糖含量为7.43%,比相同TS含量的立式搅拌酶解罐中葡萄糖含量高出0.26%。研究表明,3种酶解罐中,卧式搅拌罐更适合用于PCS的酶解。采用卧式搅拌酶解与同步糖化发酵耦合过程,TS含量为25%条件下,发酵液中乙醇含量可达到3.58%,纤维素水解率为76.8%。     

高温水热预处理对木质纤维素及其酶解的影响研究进展

木质素是木质纤维素的重要组成成分之一,能抑制木质纤维素的酶解,会在木质纤维素高温水热预处理过程中发生降解、重组等反应。假木质素是木质素的结构类似物,是木质纤维素在高温水热预处理过程中由碳水化合物经降解、氧化和聚合等复杂反应而形成。木质素和假木质素都能够抑制纤维素酶活性,降低木质纤维素的酶解转化率。文章综述了高温水热预处理过程中木质素的结构变化及假木质素的生成机理,探讨了降低木质素和假木质素对纤维素酶解影响以及减少假木质素生成的途径,为提高木质纤维素酶解转化率,促进工业化应用提供了参考。     

碱性胍预处理水稻秸秆研究

以水稻秸秆为研究对象,采用有机强碱——胍进行预处理,考察了催化剂用量、预处理时间和温度对预处理效果的影响。以扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)对预处理前后样品进行了表征。结果表明:胍用量为3%、温度为60℃、时间为6 h是较适宜的预处理条件,催化剂用量是预处理水稻秸秆最关键的因素。SEM照片显示,预处理后秸秆表面呈现不规则的层片状皱褶、裂缝和孔洞;XRD表征显示,预处理后纤维素结晶度均提高;FTIR表征显示,胍对去除木质素和降解氢键作用明显;TG表征表明预处理前后水稻秸秆具有不同的热稳定特性。     

麦草碱性沸石催化制浆及其酶水解

采用过氧化氢进行预浸渍,以固体沸石A和B为催化剂,研究麦草氧碱法制浆对其酶水解的影响。结果表明,当制浆黑液中乙酰丙酸和甲酸的浓度分别达5.1442,6.7096mg/ml时,采用固体沸石A和B蒸煮成浆的水解得率分别为18.38%和23.16%。AMF分析表明,与表面物理结构相比,成浆纤维化学结构的改变对酶水解的影响更大。     

蒸汽爆破预处理玉米芯及其酶解工艺研究

以蒸汽爆破预处理后的玉米芯为原料,进行了玉米芯酶解工艺条件的研究。粉碎后的玉米芯在压力2.8 MPa、保压时间240 s条件下蒸汽爆破预处理,在初始固形物含量为14%(w/v),pH 5.0的条件下,分别添加纤维素酶15 FPA/g(底物)、木聚糖酶225 IU/g(底物),同时添加环境因子MgSO40.005 g/g(底物)、Tween-800.001 g/g(底物),糖化48 h后,还原糖浓度达到71.81 g/L,糖化率达到80.85%。试验结果表明,蒸汽爆破预处理及添加适量环境因子对玉米芯的糖化效果影响显著。     

蒸汽爆破预处理中影响酶解效果因素的研究

为提高秸秆蒸汽爆破预处理制乙醇的酶解率及经济效益,研究了蒸汽爆破预处理过程中影响酶解效果的物料温度、喷爆出口直径、汽爆次数等因素,以寻找提高酶解效率的方法。试验结果显示,物料温度对酶解效果有显著影响,在不破坏纤维素结构且不产生酶解抑制物的前提下,温度越高越有利于水解;在不致堵塞喷爆口的前提下,喷爆出口直径越小酶解效果越好;汽爆次数对于酶解物料预处理效果有着显著的积极影响。     

微波辅助NaOH预处理提高油菜秸秆酶解效率的研究

为提高油菜秸秆的酶解效率,试验借助于常压微波加热技术辅助NaOH预处理,并对处理条件进行了优化。结果表明,与未处理比较,经微波预处理的油菜秸秆致密结构明显破坏,利于被纤维素酶水解。微波辅助预处理的最优化条件:微波功率600 W,时间5 min,NaOH 0.1 mol/L,温度80℃,经预处理后的油菜秸秆酶解率可达28.09%,较未处理前增加2.75倍,显著提高了酶解效果。     

预处理过的稻草在两种不同溶液中酶解性能的比较

为降低生物质能源生产成本,采用去离子水作为酶解溶液。将分别经过0.75%稀硫酸、2%氢氧化钠和800 kGyγ辐照预处理过的稻草在去离子水中进行酶解糖化,然后分别与在缓冲液中对应预处理过的稻草的酶解性能进行比较。结果表明,在缓冲液中,氢氧化钠预处理过的稻草能正常酶解,酶解120 h后纤维素转化率能达到约95%,木聚糖转化率超过70%;在去离子水中,经该方法预处理过的稻草酶解受到强烈抑制;辐照预处理过的稻草和稀硫酸预处理过的稻草在去离子水中和缓冲液中的酶解性能基本一致,酶解120 h后,辐照预处理过的稻草的纤维素转化率约为79%,木聚糖转化率约为50%;硫酸预处理过的稻草的纤维素转化率约为85%,木聚糖转化率约为75%。     

低共熔溶剂在木质纤维素预处理促进酶水解效率的研究进展

低共熔溶剂作为一种环境友好的新型溶剂,可高效去除木质纤维素中的木质素,同时保留大部分纤维素。此外,低共熔溶剂具有制备简单、无毒性和可循环使用等特点,在木质纤维素生物炼制生产燃料和化学品方面具有较大的工业化应用潜力。本文详细介绍了低共熔溶剂的种类和性质,总结了低共熔溶剂种类和反应条件对纤维素、半纤维素和木质素三组分物理化学结构的影响,并讨论了其对酶水解反应的促进机制。最后根据低共熔溶剂预处理存在的问题,提出基于木质纤维素结构特征和相应的预处理目的,对低共熔溶剂进行理性设计和循环利用,以实现木质纤维素低成本预处理和全组分高值化利用的思路。     

碳基固体酸预处理结合酶解糖化玉米芯的研究

以自合成的木质素磺酸钠基固体酸（Sl-C-S-H₂O₂）为催化剂,并耦合纤维素酶实现玉米芯的两步水解建立糖平台。考察预处理条件对木糖收率的影响,最高木糖收率可达83.4％;在国产纤维素酶的作用下,48 h葡萄糖收率即可达92.6%,两步反应的总还原糖收率达88.1%。     

爆炸冲击波联合碱预处理提高玉米秸秆糖化率的研究

采用爆炸冲击波联合碱处理的方法来提高玉米秸秆的酶解糖化效率。选择爆炸初始压力、碱用量和碱处理温度及时间等主要影响因素,进行单因素和正交试验以获得最优的处理工艺条件。预处理后的秸秆中分别加入2 mg/g（酶/秸秆）的纤维素酶和半纤维素酶,进行酶水解反应5 d,采用高效液相色谱（HPLC）测定其中葡萄糖和木糖浓度从而计算糖化率。结果表明,对糖化率影响程度从大到小依次为碱处理温度、碱用量、碱处理时间和爆炸初始压力。当采用最优实验条件：初始压力550 kPa、碱浓度为8% NaOH、碱处理温度为100 ℃、碱处理时间为60 min,玉米秸秆糖化率可达0.643。爆炸冲击波-碱联合处理玉米秸秆比单纯使用碱处理时,糖化率可提高8%~12%。     

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。     

厨余和污泥不同混合比例碱处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了碱处理下厨余与污泥不同混合比例的发酵产氢特性。结果表明:不同pH碱液对厨余垃圾进行预处理后,其效果以pH=13时最佳,预处理3h后SCOD和还原糖含量分别为31316.8mg/L和5.54mg/mL;碱预处理后的污泥与厨余联合发酵能够改善物料的营养平衡,缩短反应延迟时间到1h内;当厨余与污泥混和比例为5:1时为本试验最佳的试验条件,其氢气含量、比产氢速率峰值和氢产率分别为52.69%,1.73mL H_2/(h·gVS)和50.27mL H_2/gVS。     

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...     

Future prospects of delignification pretreatments for the lignocellulosic materials to produce second generation bioethanol

Production of bioethanol is winning support from masses because it is a workable choice to solve the problems associated with the fluctuating prices of crude petroleum oil, climatic change, and reducing non‐renewable fuel reserves. First‐generation biofuels are produced directly from food crops. The biofuel (bioethanol, biodiesel) is ultimately derived from the starch, sugar, animal fats, and vegetable oil that these crops provide. It is important to note that the structure of the biofuel itself does not change between generations, but rather the source from which the fuel is derived changes. Corn, wheat, and sugar cane are the most commonly used first‐generation bioethanol feed stocks. Lignocellulosic materials are used as a feed stock for the production of second‐generation bioethanol. The major production steps are (1) delignification, (2) depolymerisation, and (3) fermentation. Agricultural residues are waste materials produced through the processing of agricultural crops. The main reason to use of these agricultural residues to produce bioethanol is to convert waste to value added products. The main challenges are the low yield of the cellulosic hydrolysis process due to the presence of lignin and hemicellulose with cellulose. Pretreatments of lignocellulosic materials to remove lignin and hemicellulose are the techniques used to enhance the hydrolysis. Present review article comprehensively discusses the different pretreatment methods of delignification for ethanol production. Published literature on pretreatments from 1982 to 2018 has been studied. Perspectives, gaps in studies, and recommendations are given to fully describe implementation of eight prominent pretreatments (milling, pyrolysis, organic solvents, steam explosion, hot water treatments, ozonolysis, enzymatic delignification, and genetic modification) for future research. The energy and environmental features of lignocellulosic materials are elaborated to show a sustainable aspect of second‐generation biofuel. It was felt necessary to discuss the concept of bio refinery to make biofuel production financially more attractive as well because the future prospects of second‐generation biofuel are promising.     

预处理温度对活性污泥发酵产氢特性的影响

为寻求适宜的种泥热处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察了城市污水处理厂好氧活性污泥分别经65、80、95、110℃热处理30min后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明:在初始pH=7.0、葡萄糖浓度10g/L、接种量2gMLVSS/L条件下,35℃培养72h,经65℃和95℃处理的种泥表现出较好的发酵产氢性能,其葡萄糖的氢气转化率分别达到1.08和1.11mol/mol,污泥的比产氢率分别为8.36和9.05mmol/gMLVSS;经65℃预处理的种泥发酵体系,表现为丁酸型发酵,其葡萄糖降解率和最大产氢速率分别高达82%和11.29mL/h,而经95℃预处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征,其葡萄糖转化率和最大产氢速率分别仅为76%和4.45mL/h。     

机械粉碎对高粱秆微观结构及酶解效果的影响

采用扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射以及酶水解实验对不同粒径范围(300～450μm、125～150μm、97～105μm和330～420nm)的高粱秆进行分析。结果表明:随着粉碎程度增大,高粱秆中纤维素与酶有效接触点增多,但由于团聚现象发生,导致酶有效接触点增多并不与粒度减小成线性关系;粉碎还导致高粱秆结晶度降低,结品度从粒径范围300～450μm时的0.6105降低到330～420nm时的0.2397,并对结晶区晶型结构和高粱秆物质结构有影响,但是对高粱秆成分没有影响。这些都导致在后续的酶解糖化实验中还原糖浓度随酶解时间和粉碎程度的增大而增大,其中粒径范围330～420nm的高粱秆在酶解180h时仍保持较大的酶解转化率。     

四氢糠醇-稀酸体系预处理杂交狼尾草的试验研究

以杂交狼尾草为研究对象,采用四氢糠醇-硫酸体系在常压较低温度下进行预处理研究,优化该预处理体系得到最佳预处理条件为0.1 mol/L硫酸、反应温度120℃、反应时间2 h、固液比为1∶12,在此条件下残渣中纤维素、半纤维素的保留率分别为86.17%、9.01%,木质素脱除率为98.16%;对预处理残渣进行酶解,72 h时酶解率可达99.01%,比未处理原料的酶解率高2.6倍。通过使用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、热重分析等方法对预处理后残渣及原料的组成及结构进行分析测试,表明四氢糠醇-硫酸预处理能有效脱除木质素及半纤维素,破坏平整的原料表面结构,提高原料的酶解率。     

竹质材料热解失重行为及其动力学研究

利用热重分析在不同升温速率(5~40 K.min-1)和氮气气氛下对两种竹质材料(毛竹和孝顺竹)的热解失重行为进行了研究。实验结果表明竹质材料在热解过程中可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物缓慢分解等4个阶段组成。快速热解阶段可由一级反应过程描述,根据一级反应由Coats-Redfern法计算毛竹和孝顺竹的平均活化能E分别为50.5kJ/mol和61.1kJ/mol。实验还表明加热速率越大,热解速度越快。