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能源问题日趋严峻,迫切需要人们开发替代能源。乙醇以其可再生、绿色无污染等优点受到重视。利用木质纤维素生产燃料乙醇是未来能源发展的一个重要方向,既解决能源危机,又充分利用资源、保护环境。本研究由此立题,进行利用农作物秸秆生产燃料乙醇的研究。
本研究以麦草和玉米秸秆为主要原料,以酶解液中还原糖得率为衡量指标,采用混合试剂以及物理-化学法,对其制取燃料酒精过程中的预处理工艺和酶水解工艺进行了初步研究,得出以下结论:
(1)以麦秸纤维素为主要原料,室温下分别采用氢氧化钠、硫酸/丙酮、氢氧化钠/过氧化氢、氢氧化钠/过氧乙酸、氢氧化钠/乙醇溶液进行处理,然后按固液比1∶50量加入纤维素酶液,在一定pH值、温度、时间等条件下进行酶解。结果表明:用氢氧化钠/过氧化氢混合液以及先氢氧化钠再过氧乙酸溶液预处理麦秸纤维素的效果要略好于其它所试预处理溶液。
(2)采用碱(酸)浸泡/蒸汽,蒸汽/碱(酸)浸泡,蒸汽,冷冻/蒸汽,碱浸泡/冷冻等方法预处理麦秸纤维素,然后加入纤维素酶进行酶解,结果表明,氢氧化钠浸泡后再蒸汽处理40min,酶解24h后葡萄糖产率较预处理前的葡萄糖产率有明显增加,其中酶解24h葡萄糖产率较预处理前的葡萄糖产率提高15%。总体考虑,蒸汽和碱浸泡处理同时进行效果较优于先碱再蒸气处理。蒸汽和酸浸泡处理同时进行效果稍好。蒸汽处理40min酶解24h时,葡萄糖得率最高达到16%,较未处理提高12%。氢氧化钠浸泡后再超低温冷冻处理,当冷冻温度为-80℃时,经酶解12h后,葡萄糖的产率有所增加,其中酶解48h,产糖率比预处理前的提高23%。
(3)以玉米秸秆为研究对象,经机械粉碎后,采用碱/蒸汽对玉米秸秆进行预处理,然后加入纤维素酶进行酶解。通过对NaOH质量分数、加热时间、固液比3个因素进行单因素试验与正交试验,对预处理的条件进行优化。实验结果表明,玉米秸秆在6%的NaOH固液比为1∶8,加热2min,酶解液中还原糖含量较高。
(4)采用爆破以及爆破与碱结合的方法处理玉米秸秆,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和X-射线衍射仪(XRD)对处理后的的秸秆的形态结构,物理特性及化学组成的变化进行了分析。研究结果表明,预处理后的玉米秸秆使得结构变得疏松,出现小孔和裂缝,结构受到破坏使纤维素的相对结晶度增大。红外光谱图分析表明,爆破处理只是使玉米纤维的部分吸收峰的强度发生变化,主体化学结构没有明显变化。