瞬间弹射蒸汽爆破联合离子液体处理木质纤维素
现代生物炼制以木质纤维素作为原料，然而天然的木质纤维素酶解效率低，开发新型高效的预处理方法以提高原始物料的糖转化率，是推动生物炼制全面、协调、可持续发展的必然途径。 1.分析木质纤维素的组分特点，对比不同预处理方法对木质纤维素的影响。选取4种典型的木质纤维素物料花生秧、小麦秸秆、木薯秸秆和菊芋秸秆，对其进行组分含量分析测试，选择菊芋秸秆作为后续进行研究的物料。使用稀酸预处理（Acid Pretreatment, ACP）、稀碱预处理（Alkali Pretreatment, ALP）、碱石灰预处理（Soda Lime Pretreatment, SLP）、离子液体预处理（Ionic Liquid Pretreatment, ILP）和瞬间弹射蒸汽爆破预处理（Instant Catapult Steam Explosion Pretreatment, ICSE）5种方法分别处理菊芋秸秆，对比分析物料经不同处理后组分含量的变化，并进一步研究不同预处理方法对木质纤维素酶解效率的提升。结果表明，ALP处理物料后，纤维素含量最高且木质素含量最低，分别为57.74%和8.23%。半纤维素组分能够被ACP和ICSE处理明显地去除，去除率分别为64.01%以及27.88%。ALP能够显著提升物料的酶解糖收率，可达到46.39%，ACP处理后物料的酶解糖收率最低，为21.39%。 2.考察瞬间弹射蒸汽爆破增强离子液体对水稻秸秆的预处理效果。选取具有组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（[Emim]Cl），并联用ICSE对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排，使纤维素更多地暴露于物料表面，同时减弱了木质素对纤维素紧密交联的程度。ICSE的使用提升了离子液体的预处理效果，酶解糖收率比单纯使用离子液体升高了13.14%，其中 ICSE联用[Emim]Cl的糖收率最高达80.87%。采用SEM和TGA进行物料结构分析，证实了ICSE联用离子液体有助于破坏物料的致密结构，使无定形区得以增加，促进纤维素酶对物料的可及度，从而提高了酶解糖收率。 3.三种离子液体分别结合瞬间弹射蒸汽爆破处理水稻秸秆的机理分析。使用ICSE结合3种不同的离子液体处理水稻秸秆，通过形貌结构、化学组分、结晶指数、热力学稳定性以及酶解过程对不同处理方法的特点进行研究。结果表明，离子液体能有效地对木质纤维素的各组分进行分离，其中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[Emim]Ac）处理后的物料较原始物料的酶解糖收率提升了70.35%。ICSE能使物料的结构变得松散，有助于离子液体进一步溶解物料；相比单纯使用离子液体进行处理，ICSE的联用分别将酶解糖收率提升了73.38%（[Emim]Cl）和74.01%（[Bmim]Cl）。多种表征手段的使用证实了物料的结构变化。
木质纤维素;预处理;瞬间弹射蒸汽爆破;离子液体;组分分析;生物炼制;菊芋秸秆
大连理工大学
硕士
生物化工
刘晨光;白凤武
2017
中文
TQ914.3
63
2018-03-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）