微波/化学预处理用于稻秆制备可发酵还原糖的研究

摘要

近些年，随着石油短缺问题的加剧，关于可再生燃料和化学资源的研究受到了国内外学者的广泛关注。由农业秸秆制备的纤维素乙醇因其成本低廉、相对洁净、便于储存和运输的特点，被视为最具发展潜力的燃料之一。与其他的纤维素水解方法相比，酶水解具有反应温和、无腐蚀性、环境友好等优势，应用广泛。然而，酶水解的最大困难是木质纤维素结构复杂使得纤维素酶与纤维素的可及度较低，不利于反应。因此，通过移除木质纤维素的部分成分改善水解效率的木质纤维素预处理是制备纤维素乙醇的关键步骤。
　　 本论文开展了对于微波/NaOH/Na2S、微波/有机酸/NaHSO3和微波/NaHCO3三种预处理方法的研究，考察了固液比、辐射时间、微波强度、处理剂浓度和催化剂浓度对木质素脱除效果的影响，确定了三种预处理方法的最佳工艺，并对预处理后的产物进行酶解实验，获得了还原糖得率；采用扫描电镜、分光光度计和高效液相色谱分别对经处理的木质纤维素的微观形貌、还原糖产率和还原糖种类进行了分析；通过木质纤维素原料的酶水解动力学实验，建立了经预处理的木质纤维素原料的酶水解动力学模型。
　　 结果表明，在微波功率为385W，加热5min，NaOH质量分数在0.5％～1％，催化剂Na2S质量分数在0.1％～0.2％的条件下，水稻秸秆的预处理效果较好，还原糖浓度可达51.52g/L；在微波辐射功率为230W，辐射时间为5min，固液比为1:15，有机酸浓度为25％时，丙酸处理过的样品所获得的还原糖浓度为44.37g/L，乙酸的为39.57g/L；在NaHCO3浓度为3％，微波功率为540W，微波作用时间为4分钟，固液比为1:20的条件下，酶解所得的还原性糖浓度为49.17g/L；经SEM扫描可观察到，经三种方法预处理后的稻秆表面均被不同程度地破坏；实验及计算得到酶解动力学的各个参数值，建立了动力学模型。