木质纤维素酸水解研究

论文摘要

社会及经济的发展,人类对能源需求逐增,石化及煤炭资源的有限性及不可再生性,必然导致供给不足。地球植物中含有丰富的纤维素及半纤维素,仅有少部分被利用。随着燃料乙醇需求量激增,大量的粮食作为原料用于生产燃料乙醇,导致粮食供求关系紧张,针对于我国国情研究开发利用木质纤维素具有重大意义。本文围绕木质纤维素的预处理及酸水解进行研究。1.比较了双氧水、氨水及氢氧化钠预处理方法对组分含量及红外结晶指数的影响。研究结果表明,1)双氧水处理:纤维素及半纤维素的损失率随着双氧水浓度增加而增加,木质素脱出率在浓度为3%时存在一极大值,约为39%;纤维素及半纤维素的损失率均随处理的时间延长而增加,木质素脱出率在大于2.5h后趋于稳定。2)氨水处理:木质素脱出率随氨水浓度增加而增加,纤维素损失率在浓度为10%时存在一极大值,约为6%。3)氢氧化钠处理:浓度大于3%后,纤维素损失率趋于平稳,约为4%,木质素脱出率及半纤维素脱出率随浓度增加而增加。纤维素及半纤维素的损失率与木质素脱出率均随温度升高而增加。4)综合比较:纤维素损失率以双氧水处理的较大,大于10%,其它两种处理均小于10%。半纤维素损失率以双氧水处理的较大,损失率在30%以上,而氨水及氢氧化钠处理的较小,分别是双氧水处理的1/3及1/2。氢氧化钠脱出木质素较多,约为50%。以氢氧化钠处理后的结晶指数最大,为1.4365,相对于未处理的结晶指数,增幅约为36%。2.以氢氧化钠预处理过的稻秆粉为原料,通过单因素及正交试验研究了硫酸水解条件对半纤维素水解率、木糖收率及纤维素损失率的影响。研究结果表明,影响半纤维素水解率的因素主次顺序为:温度>酸浓度>液固比>时间,影响木糖收率的因素主次顺序为温度>酸浓度>时间>液固比,影响纤维素损失率的因素主次顺序为酸浓度>液固比>时间>温度;综合木糖产率及纤维素损失率选出实验范围内水解半纤维素工艺条件为:酸浓度为1.8%、温度122℃、时间为60min、液固比(mL/g)为14:1。此条件下,半纤维素水解率、木糖收率及纤维素损失率分别为:68.32%,52.11%及10.45%。3.以硫酸水解过的残渣为原料,通过单因素及正交试验研究了柠檬酸水解条件对纤维素水解率及葡萄糖收率的影响。研究结果表明,影响纤维素水解率的因素主次顺序为:酸浓度>温度>时间>液固比;影响葡萄糖收率的因素主次顺序为:温度>酸浓度>液固比>时间;综合考虑试验条件及纤维素水解率与葡萄糖收率,较好组合为:酸浓度为2.9%、温度190℃、时间为70min、液固比为15:1,此条件下,纤维素水解率及葡萄糖收率分别为,51.29%和35.27%。4.研究了7种树脂静态吸附分离糖酸,研究结果表明:树脂结构对静态吸附量的影响为:乙烯吡啶系>环氧系>丙烯酸系>苯乙烯系。树脂结构,交换容量与静态洗脱量及洗脱率没有关系。解离常数(pKb值)对静态吸附量、洗脱量及洗脱率均没影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 木质纤维素资源化意义
• 1.2 木质纤维素的结构
• 1.2.1 木质素
• 1.2.2 纤维素
• 1.2.3 半纤维素
• 1.2.4 其他组分
• 1.3 木质纤维素预处理现状
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 物理化学
• 1.3.4 生物法
• 1.4 木质纤维素水解研究现状
• 1.4.1 水解机理
• 1.4.2 无机酸水解
• 1.4.3 有机酸水解
• 1.5 水解液糖酸吸附色谱分离研究现状
• 1.6 立题依据
• 1.7 研究内容
• 第二章 预处理法比较研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及方法
• 2.2.1 试验仪器及药品
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 稻秆含量分析
• 2.3.2 预处理法对组分结构的影响
• 2.3.3 综合比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 无机酸水解半纤维素研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料及方法
• 3.2.1 试验仪器及药品
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 稻秆含量分析
• 3.3.2 酸浓度的影响
• 3.3.3 温度的影响
• 3.3.4 时间的影响
• 3.3.5 液固比的影响
• 3.3.6 正交实验
• 3.3.7 水解液组成分析
• 3.3.8 水解残余物红外分析
• 3.3.9 水解残余物电镜分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 有机酸水解纤维素研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 药品与仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 稻秆含量测定
• 4.3.2 柠檬酸浓度影响
• 4.3.3 温度的影响
• 4.3.4 时间的影响
• 4.3.5 液固比的影响
• 4.3.6 正交试验设计
• 4.3.7 正交试验结果与分析
• 4.3.8 水解液的组成分析
• 4.3.9 水解残渣分析
• 4.3.10 水解残余物电镜分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 糖酸分离的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 树脂来源
• 5.2.2 药品与仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 标准曲线
• 5.3.2 不同树脂静态吸附脱附分离比较研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 预处理法比较研究
• 6.1.2 无机酸水解半纤维素研究
• 6.1.3 有机酸水解纤维素研究
• 6.1.4 糖酸分离研究
• 6.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文