Mn、Fe(Ⅱ)元素提高稻草秸秆制备燃料乙醇产率的研究

摘要

木质纤维素原料来源广泛、价格低廉，用其生产燃料乙醇具有十分广阔的前景和巨大的潜力。针对目前纤维素乙醇生产的一些主要难题，本论文以稻草秸秆为原料，研究了在添加微量Mn、Fe（Ⅱ）盐条件下制备乙醇的工艺。研究结果表明，添加金属盐后，能够切实地促进纤维素酶和发酵微生物的活性，提高乙醇制备的生化反应强度从而提高了乙醇产率。
　　采用液化技术预处理稻草秸秆结果表明，预处理后稻草秸秆的结晶结构被破坏，增大了原料的比表面积和孔隙度，稻草秸秆变得多孔蓬松，使纤维素酶与稻草秸秆中的纤维素等成分能够充分接触，对后续的工艺十分有利。
　　采用正交实验法优化研究了同时糖化发酵时添加不同金属盐适宜的工艺条件。结果表明，添加MnSO4进行同时糖化发酵适宜的工艺条件为：接种比例（管囊酵母：酿酒酵母）1：3，接种量20％，发酵温度32℃，MnSO4投加量8mg?g-1（底物），纤维素酶用量10U?g-1，乙醇产率最高可达到0.349g?g-1（稻草秸秆）；添加FeSO4·7H2O进行同时糖化发酵适宜工艺条件为：接种比例（管囊酵母：酿酒酵母）1：2，发酵温度36℃，接种量20%，FeSO4·7H2O投加量4mg?g-1（底物），纤维素酶用量20U?g-1，乙醇产率最高可达到0.319g?g-1（稻草秸秆）。
　　单因素实验表明，采用同时糖化发酵法制备乙醇时，添加MnSO4主要促进了纤维素酶和管囊酵母的活性，使发酵在较低温度和纤维素酶用量较少的条件下提高乙醇产率，具有极大的经济可行性。添加FeSO4·7H2O对纤维素酶的促进作用较大，乙醇产率提高较少，此外FeSO4·7H2O投加量不应过多，避免产生抑制作用并且能够降低试剂成本。各个影响因素的动力学特征均可用方程c=1 abt+描述。bt
　　添加Mn、Fe（Ⅱ）盐，进行了半同时糖化发酵制备乙醇的研究。结果表明，预水解时间为24h、糖化发酵时间为48h时乙醇产率最高。MnSO4在糖化发酵阶段投加时效果较好，乙醇产率为0.381g?g-1（稻草秸秆）；FeSO4·7H2O则应在预水解阶段投加，乙醇产率为0.332g?g-1（稻草秸秆）。

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1 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 纤维素乙醇的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 实验测试方法

2.1 实验材料和设备

2.2 稻草秸秆中水分和灰分含量测定

2.3 稻草中纤维素、半纤维素、木质素的测定[62]

2.4 发酵液中乙醇浓度的测定

3 FeSO4·7H2O对稻草同时糖化发酵制乙醇产率的影响

3.1 稻草秸秆的预处理

3.2 酵母的活化与稀释

3.3 实验

3.4 正交实验结果

3.5 单因素实验结果及动力学分析

3.6 本章小结

4 MnSO4对稻草同时糖化发酵制乙醇产率的影响

4.1 实验材料及方法

4.2 实验步骤

4.3 正交实验结果

4.4 单因素实验结果及动力学分析

4.5 Mn、Fe（Ⅱ）盐对同时糖化发酵制备乙醇的影响

4.6 本章小结

5 Mn、Fe（Ⅱ）盐对稻草秸秆半同时糖化发酵制乙醇的影响

5.1 实验材料及方法

5.2实验步骤

5.3 MnSO4对稻草秸秆半同时糖化发酵制备燃料乙醇的影响

5.4 FeSO4·7H2O对稻草秸秆半同时糖化发酵制备燃料乙醇的影响

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附 录