离子液体对生物质生物降解的影响

摘要

随着人口的不断增长和经济的快速发展，人类对能源的需求日益增大，不可再生资源如化石燃料等正面临枯竭的境地。生物乙醇作为有望取代石油的可再生能源，具有很好的应用前景。然而，基于糖和淀粉类原料的乙醇生产已经不能满足社会的巨大需求，国内外研究者越来越关注地球上最丰富的生物质:木质纤维素。复杂的结构是木质纤维素资源利用的瓶颈，而其预处理是实现生物质转化为燃料乙醇的关键步骤，直接影响着木质纤维素水解效率和乙醇的生产成本。因此，预处理是有效利用生物质能的前提。
　　 用于纤维素溶解或预处理的传统溶剂通常具有挥发性或者可产生有毒气体等缺点。此外，将纤维素完全溶解在传统有机溶剂中步骤繁琐且耗费时间长。离子液体作为一种新型绿色溶剂，因其液体状态温度范围宽、热稳定性高、几乎没有蒸汽压等特性，日益引起科研工作者的关注。
　　 为寻找一种能溶解木质纤维素且对纤维素酶副作用较小的离子液体，并研究其对木质纤维素生物质生物降解的影响及其作用机理，本文主要围绕咪唑类醋酸盐离子液体从三方面展开研究:首先探索了纤维素酶在离子液体中的活性及稳定性，然后研究了离子液体对微晶纤维素的预处理作用，最后就离子液体对酶解木质纤维素生物质的影响进行了研究。
　　 纤维素酶在离子液体中的活性及稳定性研究发现，离子液体的存在会抑制纤维素酶的活性，且体系中离子液体的浓度越大，这种抑制作用越强。在含离子液体[Emim][CH3COO]的体系中，纤维素酶能够耐受高温，最适温度为70℃，而缓冲液中仅为50℃。在一定浓度的离子液体[Emim][CH3COO]中纤维素酶能保持一定程度的稳定性，可以在离子液体体系中进行木质纤维素的酶解。
　　 离子液体预处理微晶纤维素的研究发现，经离子液体[Pmim][CH3COO]预处理后的微晶纤维素酶解率明显提高，但经离子液体[Emim][CH3COO]预处理后的微晶纤维素酶解率却有所降低。接着对预处理前后的微晶纤维素进行了红外光谱和X射线衍射的表征。
　　 由于两种离子液体对麦秸纤维素酶解的影响不同，本文分别对麦秸纤维素酶解的一步和两步法进行了研究。两步法研究发现，经离子液体[Pmim][CH3COO]预处理后麦秸的酶解率有所提高，但效果并不显著。一步法研究发现，在含离子液体[Emim][CH3COO]的体系中进行麦秸的酶解要比在缓冲液中效果好。

目录

声明

摘要

缩略词表

第一章 绪论

1．1 木质纤维素资源概述

1．2 木质纤维素生物质的组成

1．2．1 纤维素

1．2．2 半纤维素

1．2．3 木质素

1．3 木质纤维素生物质的预处理

1．3．1 化学法预处理

1．3．2 物理化学预处理

1．4 离子液体

1．4．1 离子液体的定义及特性

1．4．2 离子液体的种类

1．4．3 离子液体预处理

1．4．4 离子液体在生物催化中的应用

1．5 论文立题依据与主要内容

1．5．1 立题依据

1．5．2 主要研究内容

第二章 纤维素酶在离子液体中的活性与稳定性研究

2．1 引言

2．2 实验材料和设备

2．2．1 实验原料与试剂

2．2．2 实验仪器设备

2．3 实验方法

2．3．1 DNS法测定酶活力原理及步骤

2．3．2 纤维素酶在离子液体存在下活性及稳定性的测定

2．3．3 纤维素酶在不同浓度离子液体中的热稳定性实验

2．4 结果与讨论

2．4．1 纤维素酶在离子液体存在下的活性

2．4．2 纤维素酶在离子液体存在下的稳定性

2．4．3 纤维素冀在离子液体存在下的热稳定性

2．5 本章小结

第三章 离子液体预处理对微晶纤维素生物降解的影响

3．1 引言

3．2 实验材料和设备

3．2．1 实验原料与试剂

3．2．2 实验设备仪器

3．3 实验方法

3．3．1 微晶纤维素的溶解及再生

3．3．2 离子液体的回收再利用

3．3．3 纤维素得率计算

3．3．4 离子液体预处理前后微晶纤维素的酶解

3．3．5 再生纤维素结构分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 纤维素得率计算

3．4．2 离子液体处理前后纤维素的酶解

3．4．3 再生纤维素结构分析

3．5 本章小结

第四章 离子液体对生物质生物降解的影响

4．1 引言

4．2 实验材料和设备

4．2．1 实验原料与试剂

4．2．2 实验设备仪器

4．3 实验方法

4．3．1 木质纤维素生物质的溶解与再生

4．3．2 离子液体的回收再利用

4．3．3 再生纤维素得率计算

4．3．4 麦秸纤维素酶水解条件优化

4．3．5 离子液体预处理后麦秸纤维素的酶解

4．3．6 离子液体体系中麦秸纤维素的酶解

4．3．7 再生纤维素物质结构分析

4．4 结果与讨论

4．4．1 离子液体预处理后麦秸纤维素的酶解

4．4．2 离子液体体系中麦秸纤维素的酶解

4．4．3 再生纤维素物质结构分析

4．5 本章小结

全文总结与展望

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表