以离子液体为溶剂的木质纤维素预处理研究

摘要

木质纤维素是最丰富的生物质资源之一，具有存量大，易获得，可再生等优良特性，被认为是最有可能取代石油、煤炭等化石资源的物质。利用木质纤维素制备燃料乙醇是缓解能源危机的有效途径，而其中最关键的步骤就是木质纤维素的预处理。本文结合酸水解和酶水解预处理工艺，引入离子液体作为溶剂，设计了不同的预处理方法，并以还原糖收率为指标考察了不同因素对预处理工艺的影响，确定了最佳预处理工艺条件。 首先研究了以玉米秸秆为原料，离子液体作为溶剂，直接加入微量的酸和水催化水解木质纤维素的预处理工艺。考察了不同种类的离子液体、加热方法、酸浓度、秸秆固液比、补水量、加热温度对秸秆酸催化转化过程的影响，确定的最佳工艺为:常压条件下在密闭容器中，微波加热，自制离子液体[BMIM]Cl为溶剂，浓度为0.5％的H2SO4作催化剂，秸秆固液比为0.08∶1，体系补水量为0.25ml·g-1，加热至150℃，相应条件下的还原糖收率为35.5％，其与以水为溶剂、常规加热方法预处理秸秆的方案相比，还原糖收率提高15.7％。 其次研究了在常温常压条件下浓度超过37％的盐酸-离子液体体系的制备，并利用该体系对秸秆进行预处理，结果还原糖收率仅为10.5％，但秸秆消解率接近100％。仅以浓盐酸作为溶剂预处理秸秆，其最优化条件:温度为75℃、固液比为1∶10、压力为1.5atm，相应条件下的还原糖得率为35.8％。此外分别对浓酸水解以及离子液体作为溶剂的酸催化体系水解的动力学进行讨论，离子液体为溶剂的酸催化体系的Ea值有明显降低，反应更易于进行。 最后探讨了对离子液体“溶解-再生”后的玉米秸秆进行酶水解的预处理工艺。考察了酶水解阶段不同温度、固液比、pH值、酶用量对秸秆还原糖收率的影响，确立最佳反条件为:温度50℃、秸秆固液比为1∶20、pH值为5.0、酶用量为1∶1，相应条件下的还原糖收率为45.7％，而未经离子液体溶解过的秸秆进行酶水解，还原糖收率为36.5％。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 燃料乙醇现状及发展

1．2 木质纤维素研究现状及发展

1．2．1 木质纤维素降解

1．2．2 木质纤维素结构

1．2．3 秸秆现状及发展

1．3 离子液体的概述及研究

1．3．1 离子液体概述

1．3．2 离子液体存在问题和发展前景

1．4 离子液体在纤维素预处理中的应用

1．4．1 纤维素预处理

1．4．2 离子液体预处理的现状及前景

1．5 纤维素的酶解

1．5．1 纤维素酶结构

1．5．2 天然纤维素与酶作用的关系

1．6 有机超浓酸研究现状

1．7 本课题的研究目的和意义

第二章 离子液体中稀酸处理木质纤维素研究

2．1 实验试剂与仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验部分

2．2．1 分析方法

2．2．2 离子液体的制备及红外表征

2．2．3 离子液体中酸催化水解实验

2．2．4 不同种类的离子液体预中处理方案对比

2．3 结果与讨论

2．3．1 离子液体红外表征

2．3．2 秸秆成分分析

2．3．3 离子液体中酸催化水解研究

2．3．4 不同离子液体预处理结果比较

2．3．5 秸秆与滤纸作为原料比较

2．3．6 正交试验比较

2．4 本章小结

第三章 离子液体中超浓盐酸预处理木质纤维素及酸催化动力学研究

3．1 实验试剂与仪器

3．1．1 实验试剂

3．3．2 实验仪器

3．2 实验部分

3．2．1 超浓盐酸的制备

3．2．2 盐酸浓度的测定

3．2．3 有机相中超浓盐酸预处理木质纤维素

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同条件因素对浓盐酸水解木质纤维素的影响

3．3．2 超浓盐酸预处理木质纤维素结果

3．4 酸水解动力学讨论

3．5 离子液体为溶剂下的动力学讨论

3．6 本章小结

第四章 离子液体溶解后的木质纤维素酶解研究

4．1 实验试剂与仪器

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验仪器

4．2 实验部分

4．2．2 两步法水解木质纤维素

4．2．1 酶水解条件

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同条件对酶解的影响

4．3．2 离子液体溶解木质纤维素结构变化

4．3．3 离子液体溶解前后木质纤维素的酶解

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢

作者及导师简介