SPORL法与稀酸法对木质生物质预处理效果的研究

摘要

目前生物质能转化原料主要为农业废弃物和能源作物,如玉米秸秆和柳枝稷,但木质生物质(主要包括软木和硬木)同样是生物质能源转化的重要原料。本文主要侧重于SPORL法和稀酸法对木质生物质的预处理效果研究。
　　本文首先利用SPORL和稀酸法对具有不同细胞壁结构的道格拉斯松木进行了预处理,考察了不同预处理方法的作用效果。结果表明,稀酸预处理可以去除生物质原料中几乎全部半纤维素,高pH值下SPORL预处理方法则对木质素去除有明显效果。但对于软木原料,单纯半纤维素或者木质素的去除并不能有效提高生物质酶解率。低pH值的SPORL预处理方法综合了稀酸法和高 pH值SPORL预处理的特点,预处理后可去除90％半纤维素,10~20%木质素,因此有效地打破了生物质的抗降解屏障,提高了酶解糖化效果。
　　我国林木采伐和林产品加工废弃物资源相对丰富,因此木质生物质能转化原料充足。但是由于废弃物中树皮含量较高,造成生物质质量下降。本研究中考察了树皮含量对SPORL预处理的影响,并提出了优化林产品废弃物品质的方法。通过SPORL对道格拉斯松木废弃物的预处理和酶解糖化研究表明,在相同预处理条件下,当白木酶解率达到73%时,树皮的酶解率只有41%。原始物料中14.3%的树皮含量导致了酶解率下降16%。通过对原始物料的尺寸分布和不同尺寸物料进行成分分析发现,尺寸筛分过程可以有效降低原始物料中树皮和木质素含量,从而提高生物质利用率。
　　本研究还分别在165℃和180℃对道格拉斯松木进行SPORL法预处理,并进行了动力学模型建立和分析。通过实验和动力学模型分析结果表明,在保证相同预处理强度的条件下,降低预处理温度可以实现高糖转化率和低降解产物的平衡。
　　最后,本研究中通过对稀酸预处理得到的白杨木进行添加木聚糖酶的酶解实验考察了影响生物质酶解率的影响因素。在木聚糖酶添加量一致的条件下,木聚糖含量低的物料木聚糖和葡聚糖酶解率较高。木聚糖酶添加量对酶解率的影响效果取决于生物质的结构特点。相对于未预处理物料,预处理后物料酶解过程中,提高木聚糖酶对酶解率的促进作用更明显。木聚糖酶和葡聚糖酶的添加顺序同样会影响生物质的酶解糖化效果。

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第一章 文献综述

1.1研究背景

1.2生物质能转化过程主要制约因素

1.3课题研究意义、目标及内容

第二章SPORL法与稀酸法预处理道格拉斯松木效果对比研究

2.1概述

2.2材料和方法

2.3结果和讨论

2.4小结

第三章 道格拉斯林产品废弃物高效利用可行性研究

3.1概述

3.2材料和方法

3.3实验结果及讨论

3.4小结

第四章低温SPORL法预处理道格拉斯松木动力学过程研究

4.1概述

4.2反应模型建立和预处理实验温度确定

4.3材料和方法

4.4结果和讨论

4.5小结

第五章 稀酸法预处理白杨木及其酶解效果研究

5.1概述

5.2材料和方法

5.3结果和讨论

5.4小结

第六章 结论和后期工作建议

6.1结论

6.2后期工作建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢