纤维素热化学催化液化反应及微生物发酵综合利用
纤维素是葡萄糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的高分子化合物,一般聚合度为3,500-10,000.纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源,也是人类未来能源、食品和化工原料的主要来源.随着世界人口的激增,粮食和能源的短缺将日趋严重,可再生纤维素资源的开发利用已引起全世界的普遍关注.为了提高纤维类物质的综合利用效率,降低对环境的污染,维护生态平衡.对纤维类废弃物在浓硫酸/苯酚为催化剂、乙二醇为反应介质的热化学催化液化反应中,对其各反应物的用量比例、反应条件进行优化.并且对最优条件下的液化产物进行了初步的组分测定.实验结果表明,纤维类废弃物在浓硫酸/苯酚(浓硫酸占所加物质总量的质量分数为6％)的混合催化体系中,当温度为160°C,时间为70min时的液化效果最好.经凝胶色谱法测定表明,以浓硫酸/苯酚为催化剂、乙二醇为反应介质的反应体系,所得到液化产物的平均相对分子质量最低,M<,w>为806,M<,n>为799.经红外光谱(IR)检测结果表明,液化产物的游离羟基明显增多,其它的游离端基也是明显增加,这说明液化反应破坏了纤维素的晶格结构,而且部分水解了糖苷键.从堆肥、垃圾填埋场堆腐物和土壤中分离并经初筛、复筛得到分解纤维素能力较强的菌共7株,外加实验室已保藏的菌5株,共计12株菌株.分别对其进行了滤纸分解度、羧甲基纤维素(CMC)酶活和天然纤维素酶活的测定.筛选出对天然纤维素分解能力较强的菌株共5株,酶活力在60.00mg/mL·d以上.通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中纤维素含量的减少,酶活力也随之降低.进而利用这些高酶活菌株对液化产物进行利用研究.利用气质联用仪和红外光谱仪对液化产物进行了分析.结果表明,液化产物中出现甲基和亚甲基等基团的振动,并存在麦草纤维素的单体葡萄糖的衍生物,说明液化反应破坏了纤维类废弃物的晶格结构.从而打破了生物利用的禁锢,容易被微生物利用;不同菌株对于液化产物的利用方式不同,利用液化产物进行混合菌株发酵培养,真蛋白含量可达到30.74％;混合菌株利用液化产物的酒精发酵,酒精含量可达到19.0％(V/V).纤维类废弃物的热化学液化反应过程中,产生了一类低沸点的气态混合物.经GC-MS检测,结果显示气态混合物为一类有机酸的混合物和苯酚-硫酸形成的化合物.气态混合物作为一种微生物培养基的添加剂,用来培养球形红假单胞菌(Rhodopseudomonas sphaeroides)和沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris).对细胞浓度(OD<,660nm>值)和气态混合物的残留成分测定,结果表明添加了气态混合物的光合细菌浓度明显高于未添加的,而且培养基中的气态混合物经培养一周后明显减少.实验结果表明,气态混合物能够促进光合细菌的生长,菌体蛋白含量明显增加.
纤维类废弃物;热化学催化液化;产物分析;产物利用;光合细菌(PSB)
山西大学
硕士
植物学
王梦亮
2004
中文
TQ920.1
38
2004-10-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）