利用城市生活垃圾制备燃料乙醇的研究

摘要

传统能源的日益枯竭以及气候变暖，使得可再生的清洁能源燃料乙醇受到广泛的关注。粮食危机的出现，迫使燃料乙醇寻找更廉价和丰富的生产原料。与此同时，城市生活垃圾的迅速增长，意味着探索新的垃圾处理方式。本文在现有城市生活垃圾分类回收的基础上，以其中的主要部分厨余垃圾和废纸为原料，分别进行了预处理、糖化和发酵制取燃料乙醇的系统性工艺研究，为其资源化提供新的方向。 探讨了厨余垃圾糖化酶与纤维素酶水解糖化工艺，并采用微波联合化学的方法预处理厨余垃圾，考察其对酶水解糖化效果的影响。结果表明:厨余垃圾的糖化酶与纤维素酶水解糖化最佳条件为:糖化酶与纤维素酶的用量比为3∶7，底物浓度为10％，温度为60℃，pH为5，时间为60min，相应酶水解糖产率为34.9％;可以改善厨余垃圾的酶水解糖化效果的预处理条件为:固液比为1∶8或者1∶10，3％H2SO4浸泡，联合微波80W加热至105℃，预处理40分钟，酶水解糖产率达到51.4％。 利用固定化酿酒酵母，对预处理过的厨余垃圾的酶水解液进行静态发酵，结果表明:固定化菌种接种量10％，发酵48h，发酵培养基还原糖浓度120g/L，初始pH为4-5，发酵温度30-35℃，发酵醪液中乙醇体积浓度为6.0％，乙醇产率为20.1％，每克干厨余垃圾的乙醇产量为0.255ml/g。相应条件下的摇床（速率60r/min）动态发酵，乙醇的体积浓度达到6.8％;35℃-30℃-35℃的摇床动态发酵，乙醇体积浓度达到7.1％。 探讨了废纸纤维素酶水解糖化工艺，并采用微波联合化学的方法预处理废纸，考察其对酶水解糖化效果的影响。结果表明:废纸的纤维素酶水解糖化的最佳条件为:0.2g/10g废纸，底物浓度为8％，温度为50℃，pH为5，时间为40h，相应酶水解糖产率为28.3％;可以改善废纸酶水解糖化效果的预处理条件为:固液比为3∶100，5％H2SO4浸泡，联合微波80W加热至120℃，预处理40分钟，酶水解糖产率达到43.6％。 利用等比例混合的固定化噬单宁管囊酵母与固定化酿酒酵母，对预处理过的废纸的酶水解液进行静态发酵，单因素结果表明:混合固定化菌种接种量10％，发酵36h，发酵培养基还原糖浓度120g/L，，初始pH为5、发酵温度33℃、，发酵醪液中乙醇体积浓度为5.5％，乙醇产率为15.7％，每克废纸乙醇产量为0.199ml/g。相应条件下的摇床（速率50r/min）动态发酵，乙醇的体积浓度达到5.99％;35℃-30℃-35℃的摇床动态发酵，乙醇体积浓度达到6.3％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 燃料乙醇概述

1．2．1 燃料乙醇的简介

1．2．2 燃料乙醇的发展和现状

1．3 城市生活垃圾概述

1．3．1 城市生活垃圾的简介

1．3．2 城市生活垃圾的分类

1．3．3 城市生活垃圾的处理方法

1．3．4 厨余垃圾的特点和现状

1．3．5 废纸的特点和现状

1．4 淀粉和纤维素简介

1．4．1 淀粉的简介

1．4．2 纤维素的简介

1．5 厨余垃圾和废纸的预处理技术

1．5．1 厨余垃圾的预处理技术

1．5．2 废纸的预处理技术

1．6 厨余垃圾和废纸的酶水解糖化

1．6．1 厨余垃圾的酶水解糖化

1．6．2 废纸的酶水解糖化

1．7 燃料乙醇的发酵

1．7．1 异步糖化发酵法(SHF)

1．7．2 同步糖化发酵法(SSF)

1．7．3 固定化细胞发酵法

1．7．4 非等温动态发酵法

1．8 本课题研究意义、目的和主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品、仪器与原料

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．1．3 实验材料

2．1．4 实验菌种

2．1．5 常用培养基

2．2 实验方法

2．2．1 预处理方法

2．2．2 酶水解方法

2．2．3 培养基的配置

2．2．4 酵母的活化

2．2．5 液态菌种、固定化菌种的制备

2．2．6 酵母的发酵

2．3 测定方法

2．3．1 成分测定

2．3．2 酶活测定

2．3．3 还原糖浓度测定

2．3．4 乙醇浓度测定

2．3．5 酵母的生长曲线测定

2．3．6 乙醇产率的相关计算

第三章 利用厨余垃圾制备燃料乙醇的研究

3．1 引言

3．2 厨余垃圾的成分分析

3．3 原始厨余垃圾酶水解糖化

3．3．1 酶水解的酶用量

3．3．2 酶水解的底物浓度

3．3．3 酶水解的温度

3．3．4 酶水解的pH

3．3．5 酶水解的时间

3．4 厨余垃圾预处理对酶水解糖化过程的影响

3．4．1 不同加热方式预处理的比较

3．4．2 溶剂种类的影响

3．4．3 温度的影响

3．4．4 H2SO4浓度的影响

3．4．5 微波功率与时间的影响

3．4．6 固液比的影响

3．5 厨余垃圾的固定化酿酒酵母静态发酵

3．5．1 Saccharomyrces Cerevisiae生长曲线的测定

3．5．2 接种方式的影响

3．5．3 固态菌种发酵时间的影响

3．5．4 固态菌种接种量的影响

3．5．5 还原糖浓度浓度的影响

3．5．6 发酵温度的影响

3．5．7 发酵pH的影响

3．5．8 固态菌种循环次数的影响

3．6 厨余垃圾的固定化酵母动态发酵探索

3．6．1 摇床动态发酵

3．6．2 非等温动态发酵

3．7 本章小结

第四章 利甩废纸制备燃料乙醇的研究

4．1 引言

4．2 材料的分析

4．3 原始废纸酶水解糖化

4．3．1 酶用量的影响

4．3．2 酶水解的底物浓度

4．3．3 酶水解的温度

4．3．4 酶水解的pH

4．3．5 酶水解的时间

4．4 废纸预处理对酶水解糖化过程的影响

4．4．1 不同加热方式预处理的比较

4．4．2 溶剂种类的影响

4．4．3 温度的影响

4．4．4 H2SO4浓度的影响

4．4．5 微波功率与时间的影响

4．4．6 同液比的影响

4．5 废纸的混合固定化噬单宁管囊酵母和固定化酿酒酵母静态发酵

4．5．1 Pachysolen Tannophilus生长曲线的测定

4．5．2 固态菌种发酵时间的影响

4．5．3 固态菌种接种量的影响

4．5．4 还原糖浓度的影响

4．5．5 发酵温度的影响

4．5．6 发酵pH的影响

4．6 废纸的固定化Sacoharomyces Cerevisiae和固定化Pachysolen Tannophilus动态发酵探索

4．6．1 摇床动态发酵

4．6．2 非等温动态发酵

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

作者和导师简介