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秸秆作为一种可再生能源,具有储量丰富,来源简便等优点,近年来获得越来越多的关注。秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素和少量的无机物质组成,其能量转化方式主要是热解制油和生物发酵制乙醇。目前的研究主要集中在生物质热解过程面对秸秆本身研究较少,本文利用SEM-EDX,在观测秸秆结构的同时,检测秸秆中无机盐的组成和分布,特别是具有热解催化功能的钾盐。
秸秆中的纤维素是制备工业酒精的原料,利用纤维素酶预处理再发酵制乙醇逐渐成为研究的热点。本文中利用AFM,观测纤维素酶对微晶纤维素的水解过程,对纤维素酶的水解机理做一个解释。通过实验,主要结论如下:
(1)钾元素主要是以无机盐的形态存在,具体组成为氧化物、硫化物、硫酸钾、碳酸钾等。在秸秆内部,可以看到钾盐的细小颗粒分散在秸秆纤维中。硅盐则主要分布在秸秆外表面,以氧化物形式存在,且秸秆叶子表面的硅氧化物保护层比茎表面要厚,硅盐含量较高。经过钾盐处理后,钾离子均匀分布在秸秆中,有些与半纤维素结合,在热解过程中,起到很好的催化作用。碳酸钾溶液可以去除硅保护层,减少灰分,预计其对热解的催化效果比氯化钾好。
(2)随着时间的推移,纤维素酶的水解机理不同。当水解时间比较短,由于微晶表面很多散落分布的纤丝,内切酶和外切酶都比较容易吸附在上面,按照微晶纤维素细纤丝的组成方式,同时从横向和纵向水解微晶,表面的纤丝变成椭圆形,分布方向趋同。当微晶形成比较平整的膜时,内切酶更容易吸附在上面使纤维素链断裂,且阻止了外切酶的吸附,微晶表面出现长方形的纤丝,该作用可以用来修整纤维素膜表面。
(3)纤维素膜的水解机理与微晶纤维素类似,即纤维素晶型对纤维素酶的水解影响不大。当纤维素酶溶液浓度变化时,纤维素膜表面呈现出不同的形态,如岩石和拼图结构,可以利用这一点对纤维素膜进行修饰以得到性能更好的膜。