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我国目前的能源结构是以石油、煤炭为主,具有不可再生性,且其在燃烧过程中会产生大量的SO2、NOX及烟尘等,造成了严重的环境污染;而再生植物纤维废纸的产生量也日趋上升,引起固废污染。在能源与环境的双重危机下,再生植物纤维废纸的超、亚临界水解糖化技术既解决了废纸的资源化利用问题,又为生物质乙醇、生物制氢等以还原糖为原料的化工生产提供原料来源,有效地缓解了能源与环境的双重压力。本文设计了一套适于再生植物纤维超、亚临界水解的反应装置,从理论上论证了废纸作为原料的经济及技术优越性,并对废纸的超、亚临界水解技术进行对比研究,选定亚临界水解技术为实验研究的重点。研究了各主要影响因子对废纸亚临界水解糖化规律的影响,以优化水解条件。并对水解产物分别进行pH、TOC、HPLC及GC-MS测试,鉴定出酸的含量、糖的种类、有机物总量及副产物种类,对水解残渣分别进行FI-IR和SEM扫描电镜测试,分析了再生植物纤维水解过程中纤维化学及表观结构的变化;最后研究了废纸的水解动力学,并解释其水解机理。研究结果表明:再生植物纤维废纸中纤维素含量高达61.6%,半纤维素含量低,且纤维素的键能较原生植物纤维的弱,是较原生植物纤维更好的水解糖化原料。设计的水解反应装置适合于再生植物纤维废纸的水解试验。对废纸进行超、亚临界水解试验发现:超临界还原糖得率的最大值在380°C,10 s时获得,为50.12%,而亚临界则在310°C,120 s时获得,为46.32%,超临界还原糖得率稍高,但同时考虑反应时间的可控性、设备电能,设备损耗,安全性及氮气耗量,选择亚临界水解技术作为后续试验的水解技术。在亚临界条件下,考察了反应温度、反应时间、反应釜内水的体积及转速等因子对废纸水解过程的影响,得出废纸水解为还原糖的最佳水解条件为温度310°C,反应时间2 min,釜内150 mL水,搅拌转速100 r/min,此时还原糖最大得率为46.32%。对水解液进行pH测试,发现水解液中pH最低可达3.2,证实了水解过程中有小分子酸的产生;HPLC的测试结果表明水解液中含有纤维多糖、纤维二糖、葡萄糖、果糖;有机物总量的最大值为2607 mg/L;GC-MS分析表明水解液中的副产物以醛、酮、酸为主。对水解残渣进行FT-IR分析发现,纤维素的特征峰O–H,C–H,C–OH的谱带峰均减弱,分别是由于纤维素分子间氢键断裂,脂肪族化合物的分解,葡萄糖的脱水造成。水解残渣的SEM图表明纤维在亚临界水中发生水解,纤维形貌发生改变。废纸的水解动力学研究表明:在260-340°C温度下球型模型更适合模拟废纸的水解。废纸的水解活化能为69.28 KJ/mol,其水解活化能低于微晶纤维素的水解活化能,从而证实了废纸中的纤维素更易于水解的结论。葡萄糖的水解活化能为79.59 KJ/mol,高于废纸的水解活化能,但葡萄糖的水解速率常数也远远高于废纸的,故需严格控制反应温度及反应时间才能累积到高产率的葡萄糖。废纸的水解机理研究发现:纤维在H+的催化作用下进行,H+攻击纤维间的氢键使整束纤维断裂成一段段的纤维粒子,水解在每段纤维粒子表面进行,水解过程中纤维粒子的形状类似球状,随着水解的进行,球状越来越明显直至水解结束。在水解过程中纤维素首先生成低聚糖,后继续水解为葡萄糖,葡萄糖经脱水反应进一步生成羟甲基糠醛、糠醛等小分子物质。