碱-离子液体【BMIM】C1预处理对麦草酶水解糖化的影响研究

摘要

随着世界能源危机、环境危机、粮食危机的加重，作为世界第四大能源的生物质能源越来越受到世界各国的重视。研究发展生物质能源产业，更是符合我国资源、社会、环境和谐发展的战略需求和目标。作为生物质能源之一的燃料乙醇产业，因缺乏高效、经济的预处理方法而影响其产业化发展。本文结合碱和离子液体[BMIM]C1对麦草秸秆进行预处理，并探讨预处理的效果和工艺。研究结果如下：
　　 (1)在120℃、60min下，麦草秸秆经碱NaOH处理后，可以有效脱除其中部分木素，并且随着用碱量的提高，木素的脱除率随之提高，两者近似呈线性关系；用碱量为10％时，处理后得率仅为57.2％，为确保酶解糖化得率,用碱量最好控制在4％以内；经碱处理后的麦草秸秆酶水解率与原料中残留木素的含量呈近似线性关系，随着木素脱除率的提高，酶水解率不断提高。当用碱量为4％时，酶水解率仅为39.9％，因此单独采用碱处理的方法，不能有效的提高麦草的酶水解率。
　　 (2)未碱处理麦草在离子液体中15h溶解度为4.50％；碱处理后麦草在离子液体中10h溶解度为6.01％。碱处理不但提高麦草原料在离子液体中的溶解度，而且提高麦草秸秆在离子液体中的溶解速率。对比不同预处理方法，麦草经碱抽提后再经离子液体[BMIM]C1溶解后的麦草酶水解率最大，直接经过离子液体处理的麦草酶水解率最低。木素的脱除比结晶度的降低对酶解速率的影响更大。
　　 离子液体[BMIM]C1的预处理最佳温度为130℃，温度过低，离子液体溶液的粘度大，对纤维素的溶解度低，温度过高易发生麦草秸秆的炭化。当2g绝干麦草溶解于60g离子液体中时，最佳处理时间为3h，再延长时间对处理效果（酶解率）的提高不大。离子液体处理后的纤维再生时所采用凝固剂类型对后续酶解糖化的影响不大。离子液体[BMIM]Cl在循环回用多次后，仍然对麦草有很好的处理效果，离子液体[BMIMCl]可循环多次利用。
　　 (3)由光学显微镜及SEM照片可知：碱处理使麦草秸秆结构更加疏松，去除麦草秸秆表面的蜡质层，溶出部分木素，离子液体溶解再生后的纤维更细小，直径只有10μm，再生纤维结构不规则，纤维表面凹凸不平，纤维比表面积增大。
　　 麦草秸秆经过离子液体溶解再生后，纤维素由纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ，结晶度由57％降为38％。离子液体能够直接溶解麦草秸秆；离子液体与麦草秸秆之间未发生衍生化反应；离子液体处理过程中纤维氢键被破坏，再生纤维形成新的氢键，其强度较弱；离子液体直接对麦草秸秆的处理增加了纤维表面木素含量。
　　 总体而言，结晶度的变化，晶型的转化，木素的含量，纤维尺寸及比表面积共同作用，使得麦草先经碱抽提后离子液体溶解后的麦草酶解速率最高。