利用棕榈残渣制备纤维乙醇的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:fancysoul
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当前,开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、加强环境保护、应对气候变化的重要措施。近年来,越来越多的国家将发展生物质能作为替代化石能源的重要战略措施,利用木质纤维素原料生产燃料乙醇就是其中最重要的一种。木质纤维素制备燃料乙醇主要包括原料的预处理、纤维素的水解和乙醇发酵三个步骤。本文以棕榈残渣为原料,通过对稀碱预处理、酶解、发酵等过程进行研究和分析,确定了以棕榈残渣为原料制备纤维乙醇的最佳工艺条件。考察了碱、碱/H2O2等预处理条件对棕榈残渣组分及棕榈纤维酶解的影响,通过对预处理时间、温度、NaOH浓度及固液比等因素进行比较,确定了最适宜的预处理条件为:NaOH浓度为1%,固液比为1:10,在40℃浸泡24h后于121℃下保温30min。对该预处理条件下的固体样品以5%底物浓度进行酶解,纤维素酶解率和半纤维素酶解率分别达到84.44%和89.28%,而未处理的棕榈残渣原料的纤维素和半纤维素酶解率分别只有22.07%和18.39%。对预处理前后的固体样品进行扫描电镜分析,考察预处理样品的形貌结构变化。扫描电镜观察显示,未处理的棕榈纤维表面结构比较紧密、有序、质地坚硬,而用NaOH预处理后的棕榈纤维表面疏松、柔软,粗糙而多孔,比表面积增大,增加了纤维素酶的有效吸附位点,这也解释了碱处理后酶解效果较好的原因。考察了酶用量、温度、底物浓度等因素对预处理固体样品酶解的影响,结果表明,在45℃、酶用量为30FPU/g(底物),底物浓度为5%时棕榈残渣的纤维素酶解率和半纤维素酶解率最大,分别可以达到84.44%和89.28%;在45℃、酶用量30FPU/g(底物),底物浓度为25%时水解液中葡萄糖和木糖浓度最大,分别可以达到47.44g/L和31.43g/L。添加混合酶进行酶解可以有效提高酶解液中还原糖的浓度,葡萄糖浓度最大可以提高23.03%,木糖浓度最大可以提高16.86%。考察了酶用量、温度、接种量、底物浓度等因素对预处理固体样品同步糖化发酵的影响,结果表明,在酶用量为30FPU/g(底物)、温度为35℃、接种量为5%(V/V),底物浓度为5%时发酵所得的乙醇得率最大,可以达到理论得率的79.07%;在酶用量为30FPU/g(底物)、温度为35℃、接种量为5%(V/V),底物浓度为25%时发酵液中乙醇的浓度最大,可以达到35.25g/L。将分步糖化发酵与同步糖化发酵进行了比较,发酵结束时的乙醇浓度基本相同,同步糖化发酵工艺较为简单实用,适于推广。对预处理液的成分进行了测定分析,将其作为种子培养液接入发酵培养基,发现对乙醇发酵几乎没有影响,可以实现废液利用及生物量的全利用,减少对生态环境的污染。
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